SILNIK KROKOWY

Budowa i badanie parametrów

AUTORZY: MICHAŁ GUMIELA MIŁOSZ WĄTROBA LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCE IM. MARII SKŁODOWSKIEJ-CURIE

W ANDRYCHOWIE

Silnik krokowy – silnik elektryczny, w którym impulsowe zasilanie prądem elektrycznym powoduje, że jego wirnik wykonuje obrót o ustalony kąt

Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczenie ma możliwość precyzyjnego sterowania ruchem (roboty, drukarki, skanery, napędy CD)

Sterowanie silnikiem krokowym

Sterowanie pełnokrokowe Sterowanie półkrokowe

Silnik krokowy potrzebuje skomplikowanego układu elektronicznego do sterowania nim

CHARAKTERYSTYKA SILNIKA KROKOWEGO

BUDOWA SILNIKA

Zbudowaliśmy układ

e l e k t r o n i c z n y d o

sterowania silnikiem z

komputera przez port

LPT

Zaprojektowaliśmy

konstrukcję silnika:

- 8 elektromagnesów;

- 6 łopatek wirnika;

W celu nawinięcia cewek zbudowaliśmy nawijarkę z klocków lego

Budowa wirnika - przed zalaniem żywicą

Konieczne było napisanie programu sterującego pracą silnika

Gotowa konstrukcja silnika

Od czego zależy droga kątowa wirnika

Dokładność silnika

Od czego zależy szybkość kątowa

Moment trzymający silnika

Moc, natężenie prądu i napięcie

znamionowe

CO BADAMY?

Droga kątowa to kąt zakreślony przez promień wodzący w czasie ruchu wirnika

OD CZEGO ZALEŻY DROGA KĄTOWA ?

l.p. l. impulsów droga kątowa1 impuls = 1s

droga kątowa1 impuls = 2s

droga kątowa1 impuls = 3s

1 4 60,73° 60,21° 60,90°

2 8 118,84° 118,10° 118,63°

3 12 179,19° 179,92° 179,36°

4 5 6 7 8 9 10 11 1260

80

100

120

140

160

180

liczba impulsów

kąt

ob

rotu

Z przeprowadzonych pomiarów, przedstawionych w tabelce i na wykresie, a także analogicznych zróżnym obciążeniem silnika i różnym napięciem zasilania wnioskujemy, że: Droga kątowa zależy od ilości impulsów Nie zależy od ich długości, obciążenia silnika, a także napięcia zasilania.

wysyłamy 4 impulsy rotor zakreśla kąt ~60° wysyłamy 6 impulsów rotor zakreśla kąt ~90°

Badamy kąt obrotu jednego kroku oraz dokładność kroków silnika.BADANIE KROKÓW SILNIKA

Sterowanie: kąt obrotu jednego kroku niepewność ilość kroków na obrót

pełnokrokowe 14,97° ±4,9° 24

półkrokowe 7,56° ±4° 48

PONIŻSZY WYKRES POKAZUJE KĄT OBROTU ROTORA DLA POSZCZEGÓLNYCH KROKÓW

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

5

10

15

20

sterowanie pełnokrokowe sterowanie półkrokowe

numer kroku

kąt o

bro

tu

Szybkość kątowa jest wartością wektora prędkości kątowej i nie zależy od kierunku obrotu.

OD CZEGO ZALEŻY SZYBKOŚĆ KĄTOWA ?

l.p. Liczba impulsów napięcie zasilania [V] czas trwania

impulsu [s] czas pracy [s] kąt obrotu szybkość kątowa [rad/s]

1 4 10,82 1 4 60,73° 0,26

2 4 10,82 2 8 60,29° 0,13

3 6 10,82 1 6 90,16° 0,26

4 6 10,82 2 12 90,19° 0,13

5 4 7,2 1 4 60,73° 0,26

6 4 7,2 2 8 60,29° 0,13

7 6 7,2 1 6 90,16° 0,26

8 6 7,2 2 12 90,19° 0,13

Szybkość kątowa jest odwrotnie proporcjonalna do czasu trwania każdego impulsu

Szybkość kątowa nie zależy od liczby impulsów, napięcia zasilania oraz jak wykazały analogiczne pomiary – obciążenia silnika

Maksymalna szybkość kątowa [rad/s]

5,24

Moment trzymający jest to iloczyn siły i ramienia do którego jest przyłożona przy zerowej

prędkości zasilanego silnika krokowego.

POMIAR MOMENTU TRZYMAJĄCEGO SILNIKA

nr krokusterowanie pełnokrokowe [Ncm]

1,3A 0,85A 0,70A

1 0,49 0,27 0,22

2 0,55 0,30 0,25

3 0,54 0,29 0,21

średnia 0,53 0,29 0,23niedokład

ność ±0,03 ±0,015 ±0.02

Tabela przedstawia parametry wybranych kroków silnika.

OD CZEGO ZALEŻY WARTOŚĆ MOMENTU? Wartość momentu zależy od indukcyjności cewek, która zależy

od prądu płynącego przez cewkę

Wykres stworzony na bazie pomiarów z tabeli pokazuje, że

zależność momentu od natężenia prądu jest funkcją liniową

1F

r

mramię oś silnika przeciwwagag

rgmM

rFM

gmF

t

t

1

1

cmNcms

mkgM t 55,060,581,901,0

2

Moc wykorzystywana w czasie pracy tego silnika krokowego jest równa ¼ mocy uzwojeń. Napięcie znamionowe zostało dobrane optymalnie, tak aby zapewnić równowagę między

mocą i nagrzewaniem się uzwojeń silnika (czasem pracy).

MOC, NAPIĘCIE ZASILANIA, CHARAKTERYSTYKA PRACY

numer pary elektromagnesów

napięciezasilania [V]

opór[Ω]

pobór prądu [A]

moc[W]

1 10,89 9,3 1,17 12,7

2 10,89 8,3 1,3 14,1

3 10,89 8,5 1,27 13,7

4 10,89 8,5 1,27 13,7

średnia 10,89 8,65 1,25 13,5

Napięcie zasilania uzwojeń silnika [V]

minimalne 6,82

maksymalne 12

ŹRÓDŁA

http://www.wobit.com.pl/produkty/silniki/krokowe/images/Image10.gif

http://pl.wikipedia.org/wiki/Silnik_krokowy

http://parapin.sourceforge.net/doc/parapin.html

http://electronics-diy.com/stepper_motors.php

http://pl.wikipedia.org/wiki/Moment_si%C5%82y

http://www2.ar-kari.put.poznan.pl/~psauer/EWA/ewa05.pdf

www.wobit.com.pl/download/pdf/silniki/podstawowe%2520informacje.pdf