Co to jest silnik krokowy? Zasada działania, rodzaje i zastosowania.

Co to jest silnik krokowy?

Jak działa silnik krokowy?

Silniki krokowe działają na zasadzie sekwencyjnego zasilania cewek, co powoduje obrót wirnika o ściśle określony kąt. Każdy impuls elektryczny odpowiada jednemu krokowi, co umożliwia precyzyjne sterowanie pozycją wału silnika. W zależności od konstrukcji, silnik może wykonywać pełne kroki, półkroki lub mikrokroki, co wpływa na jego precyzję oraz płynność ruchu.
Działanie silnika krokowego opiera się na polu magnetycznym generowanym przez cewki statora, które oddziałują na wirnik. W zależności od typu silnika, wirnik może zawierać magnesy trwałe (jak w silnikach krokowych z magnesami trwałymi i hybrydowych) lub być wykonany z materiału ferromagnetycznego (jak w silnikach o zmiennej reluktancji).

Tryby pracy silnika krokowego

• Pełny krok (full-step) – silnik wykonuje pełne kroki, co zapewnia maksymalny moment obrotowy, ale może prowadzić do bardziej „skokowego” ruchu.
• Półkrok (half-step) – silnik wykonuje kroki o połowę mniejsze niż w trybie pełnego kroku, co poprawia płynność ruchu kosztem lekkiego zmniejszenia momentu obrotowego.
• Mikrokroki (microstepping) – stosuje się podział kroków na jeszcze mniejsze jednostki, co pozwala na bardzo płynny ruch i precyzyjną regulację położenia. Jest to szczególnie przydatne w aplikacjach wymagających dużej dokładności, np. w druku 3D czy zaawansowanych systemach automatyki.

Rodzaje silników krokowych

• Silnik krokowy z przekładnią – posiada dodatkową przekładnię, która zwiększa moment obrotowy i poprawia precyzję ruchu kosztem prędkości obrotowej. Jest to szczególnie przydatne w aplikacjach wymagających dużej siły, takich jak urządzenia transportowe, automatyka przemysłowa czy precyzyjne mechanizmy regulacyjne. Dzięki przekładni można osiągnąć większą stabilność ruchu przy jednoczesnym zmniejszeniu obciążenia silnika.
• Silnik krokowy z enkoderem – to tzw. silnik w układzie zamkniętej pętli (close loop), wyposażony w enkoder, który monitoruje pozycję wału i umożliwia korektę ewentualnych błędów pozycjonowania. Dzięki temu, jeśli silnik zgubi kroki, system sterowania wykryje to i skoryguje pozycję, co upodabnia go do serwonapędu. Enkoder może być optyczny, magnetyczny lub rezolwerowy i dostarcza informacji zwrotnej o aktualnym położeniu wirnika. Takie rozwiązanie jest szczególnie istotne w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji i niezawodności, np. w robotyce czy systemach automatycznego sterowania.
• Silnik krokowy ze sterownikiem – zawiera zintegrowany sterownik, który ułatwia jego obsługę i pozwala na precyzyjną kontrolę prędkości oraz pozycji. Sterownik zapewnia odpowiednią sekwencję zasilania cewek, co umożliwia optymalne sterowanie ruchem silnika. Niektóre zaawansowane sterowniki umożliwiają konfigurację parametrów, takich jak prąd fazy, mikrokroki oraz optymalizację pracy w zależności od obciążenia.

Przekładnia w silniku krokowym

W niektórych zastosowaniach silniki krokowe są wyposażone w przekładnie, które pełnią ważną rolę w poprawie ich wydajności i precyzji. Przekładnia zmienia stosunek obrotów silnika do ruchu wyjściowego, zwiększając moment obrotowy, ale zmniejszając prędkość obrotową. Dzięki temu silniki krokowe z przekładnią są w stanie przenosić większe obciążenia, co czyni je bardziej efektywnymi w aplikacjach wymagających dużej siły roboczej, takich jak urządzenia transportowe czy precyzyjne mechanizmy w automatyce przemysłowej np. w automatycznych bramach. Przekładnia również pozwala na uzyskanie większej stabilności w ruchu, ponieważ silnik krokowy w połączeniu z przekładnią może pracować w niższych prędkościach przy mniejszych drganiach, co jest korzystne w systemach wymagających dużej dokładności. Często stosowane przekładnie to np. przekładnie planetarne, które charakteryzują się małymi wymiarami i dużą efektywnością.

Zastosowanie silników krokowych

Silniki krokowe znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach. W drukarkach 3D odpowiadają za precyzyjne pozycjonowanie głowicy drukującej oraz podawanie filamentu. W maszynach CNC sterują ruchem osi roboczych, zapewniając wysoką dokładność w obróbce skrawaniem. W robotyce wykorzystywane są w ramionach robotów przemysłowych i manipulatorach, a także w systemach chwytaków. Dodatkowo, w elektronice hobbystycznej, takich jak w projektach Arduino, służą do sterowania mechanizmami, takimi jak ramiona robotyczne czy mechanizmy przesuwne.

Silnik krokowy a Arduino

Silniki krokowe można łatwo zintegrować z popularnymi mikrokontrolerami, takimi jak Arduino. Dzięki gotowym bibliotekom sterowanie silnikiem staje się prostsze, co czyni go idealnym rozwiązaniem do projektów DIY i prototypowania. Najczęściej stosowanym układem sterującym jest sterownik A4988 lub DRV8825, które pozwalają na kontrolę prędkości i kierunku obrotów silnika. W połączeniu z odpowiednim kodem i biblioteką, użytkownik może stworzyć własne sterowane precyzyjnie urządzenia, np. plotery, drukarki 3D czy mechanizmy automatyzujące różne procesy.

Podsumowanie

Silniki krokowe to precyzyjne i wszechstronne urządzenia, które znajdują szerokie zastosowanie w wielu branżach, od maszyn przemysłowych po projekty hobbystyczne, takie jak Arduino. Dzięki różnym wariantom, takim jak silnik krokowy z przekładnią, silnik krokowy z enkoderem czy silnik krokowy ze sterownikiem, można dostosować je do konkretnych potrzeb. Niezależnie od zastosowania – od profesjonalnych maszyn po hobbystyczne projekty – silniki krokowe stanowią niezastąpione rozwiązanie w dziedzinie precyzyjnego sterowania ruchem. Ich zalety, takie jak wysoka powtarzalność, możliwość pracy w otwartej pętli oraz prosta kontrola, czynią je kluczowym elementem wielu nowoczesnych systemów automatyki i robotyki.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą silników krokowych.