SILNIK KROKOWY Budowa i badanie parametrów AUTORZY: MICHAŁ GUMIELA MIŁOSZ WĄTROBA LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCE IM. MARII SKŁODOWSKIEJ-CURIE W ANDRYCHOWIE
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