Krokový motor a jeho elektronický ovladač

Točivé elektrické stroje mohou využívat běžně dostupné napájecí zdroje, např. střídavou síť nebo stejnosměrný zdroj. Při použití krokového motoru je nezbytným i elektronický ovladač, kterým řídíme pohyby a režimy chodu krokového motoru v závislosti na přivedené vstupní informaci. Blokové uspořádání hlavních funkčních částí elektronického ovladače je na obr. Rozsah znázorněného bloku řídící logiky je variabilní, závislý n konkrétním použití krokového motoru. Může to být jen generátoru řídícího signálu, ale i jednodesková mikropočítač ovládaný po sériové lince z osobního počítače.

V elektronickém komutátoru se mění vstupní impulsní řídící signál na sled cyklicky se opakujících kombinací nevýkonových elektrických impulsů na výstupu komutátoru. Tyto impulsy se zesilují ve výkonovém spínacím zesilovači a přímo se jimi napájí vinutí jednotlivých fází krokového motoru. Vinutí krokového motoru je tak částí koncového obvodu výkonového spínacího zesilovače.

Momentová charakteristika

Momentová charakteristika krokového motoru je závislost momentu motoru na frekvenci kroků M(fz). Frekvence kroků je definována jako počet kroků za jednu sekundu, které vykoná rotor krokového motoru při konstantní řídící frekvenci. Frekvence kroků je stejná jako řídící frekvence, otáčí-li se rotor bez ztráty kroku.

Vzhledem k tomu, že u krokového motoru může dojít při rozběhu k velkým úhlovým zrychlením rotačního pohybu, je třeba při měření momentové charakteristiky vždy uvažovat vliv momentu setrvačnosti rotujících hmot. Pro hnací (elektromagnetický) moment při změně úhlové rychlosti otáčení (např. rozběhu) motoru platí obecná rozběhová rovnice

kde Mm je zátěžný (mechanický) moment na hřídeli, J.dW /dt dynamický (zrychlující nebo zpomalující) mement Md, J moment setrvačnosti rotujících hmot, W mechanická úhlová rychlost rotoru, t čas.

Momentovou charakteristiku krokového motoru můžeme rozdělit na dvě oblasti. Rozběhová oblast RO (start-stop režim), vymezená osami a křivkou I, je oblast možných zátěži krokového motoru a takových kmitočtů kroků, na které se musí motor rozběhnout z kliku a z nich zastavit bez ztráty jediného kroku i v případě, že rychlost změny řídící frekvence není omezena. Např. pro moment M1 na obr. můžeme skokem z nulové hodnoty přivést řídící frekvenci odpovídající frekvenci kroků fz1. Křivka I, vymezující oblast RO je při uvažování momentu setrvačnosti pouze vlastního krokového motoru. Frekvenci fa0m bodu A je nejvyšší řídící frekvence, při které se krokový motor bez zátěže musí rozeběhnout a zastavit bez ztráty kroku. Křivky momentu při určitých momentech setrvačnosti zátěže leží v oblasti RO, nalevo od křivky I. Oblast omezené řiditelnosti OOŘ (oblast řízeného zrychlení resp. zpomalení) mezi křivkami I a II je oblast možných zátěží krokového motoru a takových frekvencí kroků, při kterých je motor schopen překovávat zátěž jen beze změny smyslu otáčení a zvyšovat nebo snižovat rychlost otáčení jen do určité hodnoty změny řídícího kmitočtu. Provozní oblast krokového motoru je vymezena osami a křivkou II.

Při vlastním měření momentové charakteristiky zjišťujeme na dynamometru průběh momentu v závislosti na frekvenci kroků nebo přivádíme závaží o určitém momentu setrvačnosti na hřídel krokového motoru a zjišťujeme odpovídající nejvyšší rozběhové frekvence.

Naměřené hodnoty

Start-stop režim

č. setr.

-

J1

J2

J3

J4

J5

f4 [Hz]

1418

1019

800

717

560

410

f8 [Hz]

710

505

409

340

290

Režim omezené řiditelnosti

f [kHz]

0,1

0,5

1

2

3

4

5

7,5

10

15

20

M4 [N.cm]

7,8

7,9

8,1

7,6

3,8

2,8

2,2

0,7

0,3

0,2

0,1

M8 [N.cm]

7,2

7,3

7,8

7,8

7,3

7,2

6,6

4,9

3,8

2,7

1,8

Grafy

 

Hodnocení

V režimu start-stop dosahoval menších momentů krokový motor v 8 taktech krokování a v režimu omezené řiditelnosti zase naopak ve 4 taktech krokování. V režimu start-stop se nám nepodařilo změřit frekvence pro momenty větší než jsou uvedené. V případě úspěchu by bylo na grafu zřejmější jakým způsobem se charakteristiky blíží a zakřivují k ose y. V režimu omezené řiditelnosti činilo problém měření při větších kmitočtech, kde zvláště u 4 taktů krokování vzhledem k malému momentu vypadl často motor ze synchronismu.