Žingsniniai varikliai

Kas yra žingsninis variklis?

Tai itin tikslūs nuolatinės srovės (Direct current) elektros varikliai. Kaip ir kituose elektros varikliuose elektros energija keičiama į mechaninį judėjimą, rotoriaus sukimąsi aplink savo ašį. Žingsniniai varikliai naudojami įvairiose CNC staklėse, 3D spausdintuvuose, kaip CNC varikliai, robotikoje, automatizavime, gamybos linijose ir kitur. Šiuose varikliuose galima valdyti sukimosi greitį. Gali suktis tiek į vieną tiek į kitą pusę, arba sustoti tam tikroje pozicijoje ir ją palaikyti.
Paprastai žingsniniai varikliai turi 200 žingsnių, tai reiškia, kad variklis apsisuks vieną kartą aplink ašį per 200 žingsnių. Vienu žingsniu variklis pasisuks 1,8º laipsniu (360 º/ 200 žingsnių = 1,8 º) . Taip pat galima naudoti mikro žingsnius. Su mikro žingsniai variklis pasisuks dar mažiau, bet tuomet sumažėja variklio sukimo momentas.

Kaip veikia žingsninis variklis?

Dažniausiai naudojami dviejų apvijų (bipolar) žingsniniai varikliai. Iš variklio išeina 4 laidai, du laidai iš vieno apvijos ir du iš kitos. Pavyzdžiui į pirmą apvija padavus elektros impulsą variklis pasisuks vieną žingsnį, norint, kad pasisuktų antrą žingsnį reikia paduodi signalą į antrą apvija. Į kurią pusę variklis pasisuks vieną žingsnį priklauso nuo to kuria kryptimi tekės elektros impulsas, ar iš pliuso ar iš minuso.

Stepper driver:

Tam, kad į žingsninį variklį būtų paduodami signalai naudojami stepper driver. Tai speciali elektronika žingsniniams varikliams, kuri gali paduoti signalus (įjungti ir išjungti) labai dideliu greičiu ir itin tiksliai. Stepper driveriai arba žingsniniai driveriai užmaitinami iš papildomo nuolatinės įtampos keitiklio, kai kurie žingsniniai driveriai gali būti užmaitinami ir kintama elektros srove iš tinklo. Paprastai visa informacija surašyta ant pačių driverių. Taip pat juose yra šeši ar daugiau mini jungikliai. Jungikliai skirti pasirinkti nustatymus, t.y. srovę paduodama į žingsninį variklį ir mikro žingsnių kiekį.

Mikro žingsniai (Micro steps):

Su driveriu galima padalinti žingsnius į mikro žingsnius. Pavyzdžiui žingsninis variklis turi 200 žingsnių. tuomet driveris galės palikti žingsnių tiek kiek yra arba padalinti žingsnius iš 2 tai yra į 400 žingsnių, iš 4 į 800 žingsnių, iš 8 į 1600 žingsnių ar net iš 16 ar 32. Kuo daugiau žingsnių tuo sklandesnis sukimasis, bet tuo labiau sumažėja sukimo momentas. Jeigu pasipriešinimas didesnis negu sukimo momentas, tuomet žingsniai gali „pasimesti“, jie bus praleidžiami. Praleidžiami žingsniai reiškia tikslumo praradimą, pavyzdžiui staklės pajudės ne lygiai 50,00 cm, o 49,95 cm. Todėl svarbu pasirinkti tinkamą mikro žingsnių kiekį, kad užtektų sukimo momento, bet ir sukimasis būtų pakankamai sklandus.

Valdiklis:

Valdyti žingsninį variklį per stepper driverį dar ir reikia valdiklio. Tai gali būti paprasčiausi Arduino ar kiti mikrovaldikliai arba PLC (programuojami loginiai valdikliai). Į mikrovaldiklį įrašoma programa ir per jį valdomas žingsninis variklis, o stepper driveris tik įjungia iš išjungia signalus dideliu greičiu.

NEMA žingsninių variklių dydžiai.

Žingsninių variklių dydžiai dažnai žymima NEMA 14, NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34. Šis dydis nurodo variklio rėmo dydi (kvadratas) žiūrint iš priekio. Pavyzdžiui NEMA 14 yra 36 mm, NEMA 17 yra 42 mm, NEMA 23 yra 57 mm, NEMA 34 yra 85 mm ilgio. Variklio galia taip pat priklauso nuo jo ilgio, todėl NEMA 23 nebūtinai bus galingesnis už NEMA 17. Jeigu NEMA 17 ir NEMA 23 variklių ilgiai bus vienodi, tai galingesnis bus NEMA 23.