Normalizace motorů, způsoby řízení, mikrokrokování, řídící obvody
Normalizace motorů
Krokové motory s rotorem z permanentního magnetu se vyrábějí v mnoha různých velikostech a tvarech, které jsou poplatné způsobu jejich použití.
Hybridní krokové motory se naproti tomu vyrábějí většinou podle doporučení NEMA (National Electrical Manufacturers Association) ve standardním provedení se čtvercovou přírubou. Velikost motoru se určuje podle délky strany této příruby v palcích; velikost motoru NEMA 08 znamená přírubu rozměru 0,8×0,8 palce (přibližně 20×20 mm), NEMA 42 4,2×4,2 palce (107×107 mm).
V nabídce výrobců jsou motory s hřídelem v palcových i metrických průměrech a různých tvarů, délek i provedení.
Osová délka krokových motorů je různá a obecně se dá říci, že čím je motor delší, tím u něj můžeme očekávat větší točivý moment.
Normalizace velikosti příruby motoru ovšem neznamená, že motory různých výrobců jsou shodné i v ostatních parametrech. Naopak, je nutno parametry velmi pečlivě srovnávat, protože především točivý moment se může lišit až řádově.
Běžné velikosti motorů jsou NEMA 8, 11, 14, 16, 17, 23, 24, 34 a 42.
Způsoby řízení krokových motorů
Krokový motor může být řízen postupným spínáním fází v různých režimech:
Čtyřtaktní s magnetizací jedné fáze (Wave Drive)
V tomto režimu je v každém kroku vybuzena pouze jedna fáze.
V případě unipolárního motoru se využívá naráz jen 25% všech vinutí, u bipolárního motoru jen 50% všech vinutí.
Čtyřtaktní s magnetizací dvou fází (Full Step Drive)
V tomto režimu jsou v každém kroku buzeny dvě fáze.
U unipolárního motoru se využívá naráz 50% všech vinutí, u bipolárního motoru se využívá 100% vinutí.
Osmitaktní (Half Step Drive)
Tento režim kombinuje oba předchozí způsoby. Jeho výhodou je, že takzvaně půlí krok, čili počet kroků na jednu otáčku je při tomto způsobu řízení dvojnásobný. Daní za to je ovšem je proměnný točivý moment motoru.
U unipolárních motorů se v tomto režimu využívá vždy v jednom kroku 25% a v druhém 50% vinutí, průměrně se tedy využívá 37,5% všech vinutí, u bipolárních motorů se v tomto režimu využívá vždy v jednom kroku 50% a v druhém 100% vinutí, průměrně se tedy využívá 75% všech vinutí.
Mikrokrokování (Microstepping)
Při mikrokrokování se proudy ve vinutích mění po malých krocích (v jednom vinutí proud vzrůstá, v druhém zrcadlově klesá), a tím se jeden krok rozdělí na mnoho menších, takzvaných mikrokroků. Čím je mikrokroků více, tím se průběh proudu, protékajícího jednotlivými fázovými vinutími, více přibližuje ideálnímu sinusovému průběhu.
Při mikrokrokování se vždy využívají všechna vinutí naráz, i když nikoli s plným výkonem.
Na trhu jsou dostupné řídící obvody, které dovolují rozdělit jeden celý krok motoru až na 128 mikrokroků. Mikrokrokování dovoluje motoru dosáhnout vysokých otáček při dobrém průběhu točivého momentu a celkově uklidňuje chod motoru.
Výhody a nevýhody mikrokrokování jsou podrobněji rozebrány v samostatném článku.
Řídící obvody
Řídící obvod krokového motoru má dva hlavní úkoly:
1. Měnit směr magnetického toku obvodem motoru změnou směru toku proudu vinutím.
2. Omezit velikost proud vinutím na bezpečnou velikost a zároveň zajistit co nejrychlejší nárůst proudu ve vinutí, aby bylo dosaženo co nejvyššího výkonu a úplného využití možnosti motoru.
Změna směru magnetického toku
Aby se mohl krokový motor nepřetržitě otáčet, je třeba po každém kroku změnit směr magnetického toku magnetickým obvodem statoru. Toho se dosahuje obrácením směru toku proudu vinutím. Změny směru toku proudu je možno dosáhnout dvěma způsoby: unipolárním nebo bipolárním řízením.
Unipolární řízení
Pro tento způsob řízení je nutno každé fázové vinutí statoru krokového motoru rozdělit na dva segmenty a změny směru magnetického toku dosahovat jejich střídavým spínáním.
Protože poloviny vinutí jsou navinuty protisměrně, protéká proud každou polovinou opačným směrem.
Jak je zřejmé z obrázku, pro každou fázi jsou potřebné jen dva spínací prvky, zapojené na jednom konci (pólu) vinutí.
Proto je tento způsob spínání pojmenován UNIpolární.
Bipolární řízení
Každé fázové vinutí krokového motoru je zapojeno do úhlopříčky H můstku. Podle způsobu sepnutí jednotlivých spínačů můstku se vinutí přepólovávají a tím se mění směr toku elektrického poudu a následně magnetického toku ve statoru, nebo se mohou úplně odpojit od napájecího napětí.
Jak je zřejmé z obrázku, pro každou fázi jsou potřebné čtyři spínací prvky, zapojené na obou koncích (pólech) vinutí.
Proto je tento způsob spínání pojmenován BIpolární.
Pokračování příště…