Podzespoły
Silniki krokowe
S
i
l
n
i
k
i
k
r
o
k
o
w
e
Silniki krokowe
S
i
l
n
i
k
i
k
r
o
k
o
w
e
od podstaw
o
d
p
o
d
s
t
a
w
od podstaw
o
d
p
o
d
s
t
a
w
część 3 - sterowanie
Silniki VR
Silniki o zmiennej reluktancji mają zwykle
trzy uzwojenia  porównaj rysunek 16 w
EdW 8/2002 (czasem uzwojeń jest więcej).
W poprzednim odcinku przedstawiona była
zasada ich działania. Wynika z niej, że nale-
ży kolejno zasilać poszczególne uzwojenia.
Zmiana kierunku wirowania następuje po
zmianie kolejności zasilania uzwojeń. Zasila-
nie kolejno uzwojeń w sekwencji A, B, C, A,
B, C, A, ... spowoduje obracanie się wirnika
w jednym kierunku. Zasilanie w sekwencji
A, C, B, A, C, B,... spowoduje obroty w kie- Rys. 31
runku przeciwnym. Można to zrobić, na Silniki PM i HB
przykład zamieniając miejscami końcówki Pomimo odmiennej zasady działania, silniki sunki 21, 23, 26 pokazują, że w silnikach
dwóch uzwojeń. Rysunek 30 pokazuje se- PM (z magnesem stałym) i HB (hybrydo- trzeba wytworzyć wirujące pole magnetycz-
kwencję sterującą i stopień wykonawczy z we) mogą być i są sterowane w identyczny ne. Można to zrobić, zmieniając kierunek
tranzystorami bipolarnymi. sposób. Ogólne zasady sterowania pełnokro- prądu w uzwojeniach. Rysunek 31b pokazu-
Ponieważ silniki takie nie są już stosowa- kowego i półkrokowego zostały przedstawio- je sposób sterowania z wykorzystaniem
ne, nie będziemy się nimi bliżej zajmować. ne w pierwszej części cyklu (EdW 7/2002 str. dwóch mostków tranzystorowych. Nazywa-
22). Warto jednak wgłębić się w zagadnienie, ne są one często mostkami H (H bridge, full
by w pełni zrozumieć dalsze szczegóły. bridge) z uwagi na podobieństwo do litery H.
Rys. 30 W mostkach można też zastosować różne
Silniki
tranzystory (MOSFET N, MOSFET P, NPN,
bipolarne
PNP,  darlingtony ), ale najczęściej są to al-
i unipolarne bo tranzystory bipolarne NPN, albo MO-
Choć w rzeczywisto- SFET N. Choć taki sposób sterowania po-
ści silniki PM i HB zwala w pełni wykorzystać silnik, jego reali-
mają po kilka biegu- zacja nie jest najłatwiejsza. Trzeba oddziel-
nów, w sumie zawie- nie wysterować każdy z ośmiu tranzystorów.
rają tylko dwa uzwo- Aby radyklanie uprościć sterownik, wy-
jenia, podzielone na starczy zastosować uzwojenie z odczepem w
sekcje. Dlatego upro- środku. Taki prosty sposób pozwala radykal-
szczony model z dwo- nie uprościć sterownik  patrz rysunek 32.
ma uzwojeniami z ry- Prądy płyną niejako w tym samym kierunku,
sunku 31a (wg rysun- dlatego silniki z dzielonym uzwojeniem na-
ku 21) jest doskona- zywane są silnikami unipolarnymi. W silni-
łym punktem wyjścia ku według rysunku 31 prądy uzwojeń w ko-
do dalszej analizy. Ry- lejnych fazach cyklu płyną w obu kierunkach,
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
24
Podzespoły
dlatego takie silniki nazywane są silnikami ło 30...40%. Jak pokazuje rysunek 34, każdy rowanie unipolarne z czterema tranzystorami,
bipolarnymi. Rysunek 33 pokazuje spo- silnik unipolarny może pracować jako bipo- a w razie potrzeby zawsze mogą wykorzystać
sób wytworzenia zmian pola w obu typach larny  trzeba tylko zwiększyć napięcie zasi- sterowanie bipolarne.
silników. lania. Jeszcze więcej możliwości daje silnik z
Niewątpliwą zaletą silników unipolarnych czterema niezależnymi uzwojeniami. Może Kroki i półkroki
jest łatwość sterowania  wystarczy cztery pracować jako unipolarny, a także jako bipo- W poprzednim akapicie pojawiło się stwier-
MOSFET-y i prosty generator sekwencji ste- larny przy szeregowym i równoległym połą- dzenie, że silnik unipolarny ma słabsze osią-
rującej  porównaj rysunek 12 i 14 w EdW czeniu uzwojeń według rysunku 35. gi, bo zawsze jedno z uzwojeń każdej pary
7/2002. jest niewykorzystane. Do tego dochodzi po-
Silnik bipolarny wymaga bardziej skom- Rys. 34 krewne zagadnienie związane ze sposobem
plikowanego sterownika. Ma jednak istotną sterowania. Rysunek 33 pokazuje, że w każ-
zaletę. Jak pokazuje rysunek 32, połówki dym takcie cyklu zasilane jest tylko jedno z
uzwojenia pracują na przemian, więc jedna z dwóch uzwojeń silnika bipolarnego. Drugie
nich jest zawsze niewykorzystana, co zmniej- zawsze jest nieczynne. Jeszcze gorzej jest w
sza maksymalne osiągi. W silniku bipolar- silniku unipolarnym, gdzie, jak pokazuje ten
nym pracuje całe uzwojenie i możliwości sil- sam rysunek, w każdej chwili wykorzysty-
nika można w pełni wykorzystać. Sterowanie wane jest tylko 25% wszystkich uzwojeń.
bipolarne daje lepsze wyniki, zwłaszcza przy Oczywiście oznacza to, że silnik nie jest w
małych i średnich prędkościach obrotowych; pełni wykorzystany. Taki sposób sterowania
moment obrotowy jest wtedy większy o oko- Przy połączeniu równoległym według ry- nosi nazwę sterowania falowego (wave dri-
sunku 35d silnik będzie prawidłowo praco- ve) i jest to jednocześnie tak zwane sterowa-
Rys. 32 wał przy napięciu zasi- nie pełnokrokowe.
lania niższym, niż przy Wbrew pierwszemu wrażeniu, istnieje bar-
połączeniu szeregowym dzo dobry sposób na wykorzystanie wszyst-
i będzie miał lepsze kich uzwojeń silnika bipolarnego. Pokazuje to
osiągi przy dużych pręd- rysunek 36 (porównaj go z rysunkiem 33).
kościach. Przy połącze- Teraz w każdej fazie cyklu zasilane są dwa
niu szeregowym mo- uzwojenia. Nie dzieje się przy tym nic złego 
ment obrotowy jest bieguny wirnika ustawiają się nie naprzeciw
większy przy małych biegunów stojana, tylko w połowie drogi mię-
prędkościach. dzy nimi.
Początkującym moż- W silniku unipolarnym można tak samo
na poradzić, żeby na po- zasilać dwa z czterech uzwojeń, co polepsza
czątku wykorzystali ste- moc i moment silnika  zobacz rysunek 37.
Rys. 33
Rys. 35
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
25
Podzespoły
Sterowanie, zarówno silników bipolar- dla ośmiu tranzystorów w mostkach zasilają- Pokazane rysunki dotyczą prościutkiego
nych, jak i unipolarnych, według rysunków cych silnik bipolarny. Zazwyczaj wykorzy- silnika PM z jedną parą biegunów wirnika.
36, 37, bywa stosowane w praktyce. Nazy- stuje się do tego specjalizowane układy sca- Choć silnik HB ma inny sposób działania,
wany je sterowaniem pełnokrokowym lone, a dociekliwi Czytelnicy w razi potrzeby a typowy silnik PM ma więcej biegunów, po-
(full step). (Sposób sterowania według ry- bez trudu uzyskają je po analizie rysunków kazane zasady dotyczą wszystkich silników
sunku 33 to też sterowanie pełnokrokowe, 31, 38 i 39. Kierunek obrotów zmienia się PM i HB.
ale dla rozróżnienia nazywamy je sterowa- najczęściej przez zmianę sekwencji sterują-
niem falowym). cej. W prostych zastosowaniach można po Leszek Potocki
Jeszcze częściej wykorzystuje się stero- prostu zamienić końcówki A+, A- jednej pa-
wanie półkrokowe (half step), będące połą- ry uzwojeń. Ciąg dalszy w nastepnym numerze EdW.
czeniem poprzednio omówionych. Sekwen-
cja sterująca i położenia przykładowego sil-
nika bipolarnego pokazane są na rysunku
38, a unipolarnego na rysunku 39  porów-
naj rysunki 33, 36, 37. Na przemian zasila się
jedno oraz dwa uzwojenia, przez co bieguny
wirnika ustawiają się albo naprzeciw biegu-
nów stojana, albo w połowie między nimi.
Osiągi silnika są wprawdzie nieco gorsze, niż
przy pracy pełnokrokowej (bo nie zawsze
oba uzwojenia są zasilane), jednak praca pół-
krokowa ma istotne zalety. Typowe przebiegi
sterujące silnika unipolarnego przy pracy
pełno- i półkrokowej pokazane są na rysun-
ku 40. Nie podaję przebiegów sterujących Rys. 40
Rys. 36
Rys. 37
Rys. 38
Rys. 39
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
26