Krokový motor je synchrónny motor otačajúci sa v krokovom režime.
Veľmi jednoducho povedané, ide o motor využívajúci sa v presných systémoch a spôsob pohybu (otáčania), je na základe počtu vykonaných krokov.
Podľa počtu krokov je možné motor otočiť do ľubovoľnej polohy, prípadne do určitého uhla.
Počet krokov na otáčku uverejňuje výrobca, avšak väčšina krokových motorov je stavaná pre 48 krokov na jednu otáčku.
Krokové motory majú vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach. Výhodou je možnosť pohybu po krokoch do ľubovoľnej pozície bez použitia spätnej väzby. Krokové motory sú však otvorené systémy. U bežných zariadeniach nám tento fakt extrémne nevadí, ale pri presných systémoch zariadení, akými sú roboti, by nám tento fakt určite vadil.
Otvorený systém
Pojem otvorený systém znamená, že motor je bez spätnej väzby. Spätná väzba je akýsi bod, kedy je detekovaný problém. Problémy, ako také, krokových motorov môžu nastať pri zaťažení rotora, slabom budení cievok, a iných.
V týchto okamihoch môže dochádzať k prešmyknutí rotoru - vynechanie kroku/krokov. Jednoducho povedané, máme motor nastavený na 24 krokoch, čo je pol otáčky. Rotor motora zaťažíme, dôjde k prešmyknutiu - vykonaniu napr. 3 krokov navyše a motor nevykoná presne pol otáčky ale viac.
Nemožnosť detekovania tochto stavu chyby sa nazýva otvorený systém bez spätnej väzby.
Na detekovanie tochto stavu sa používajú motory so spätnou väzbou (uzavretým systémom).
Prešmyknutie rotora je detekované pomocou Foto Interruptu. Po prešmyknuťí alebo nevykonaní krokov sa tento fakt odzrkadlí interne (SW) a procesor tento fakt spracuje a upraví. Foto interupty detekujú každý jeden krok a vykonanie kroku inkrementujú (počítaju počet krokov fyzicky vykonaných rotorom. Pokiaľ dôjde k chybe, interrup zaznamená nízku (nevykonanie krokov) alebo vysokú (prešmyknutia) hodnotu počtu krokov a vypočíta, koľko krokov treba vykonať (pridá/uberie) do požadovanej hodnoty 24 krokov.
Nevýhody
Krokové motory majú prakticky len pár nevýhod s ktorými je nutné sa oboznámiť pri vývoji zariadení
-- Vysoké pracovné teploty: pri zaťažení nedochádza k prehrievaniu krokových motorov, ale pracovná teplota sa
pohybuje od 50 C - 110 C.
Pri teplote 120 C dochádza k poškodeniu izolácie vinutí a ku skratom.
Použitie krokových motorov by malo byť na železných konzoliach a v dobre
vetranom prostredí.
Teplotu je možné znížiť automatickým úplným odpojením napájania VDD pri neaktivite
či prehriatiu.
-- Riziko poškodenia riadiaceho modulu: Krokové motory majú prevažne napájanie od 12V / 24V, i viac.
Pri napájaní krokového motoru je nutné pripojenie vykonať pri vypnutom stave
napájania zariadenia. Moduly (výkonové tranzistory, ci tanzistorové polia alebo
H-Mostíky) sú navyše extrémne náchylné na rázové preťaženie.
Unipolárne krokové motory
Unipolárne krokové motory majú 6 vývodov, niekedy 5, nakoľko sú dva vývody spojené do jedného vývodu VDD.
Vnútorná schéma zapojenia vinutí:
Stator krokového motora je tvorený dvoma vinutiami L1, L2.
Vinutia obsahujú stredný vývod na pripojenie napájania VDD.
Ostatné vývody A-B sú napojené na výkonové tranzistory - Colector . Emitor je vyvedený na GND.
Pokiaľ chceme použiť na budenie cievok výkonné tranzistory, musíme tranzistorom integrovať ochranu.
Príklady takéhoto použitia sú napríklad tu: >>ČLÁNOK<<
Vzhľadom k rozmerom výkonových tranzistorov a k faktu, že výkonové MOSFET sú náchylné na poškodenie statickým nábojom, použijeme obvody ULN2003/ULN2803.
Ide o vysoko-nápäťové a vysoko-prúdové Darlingtonové Tranzistorové polia.
Datasheed : Download
Bipolárne krokové motory
Bipolárne krokové motory nemajú narozdiel od unipolárnych vyvedené stredné vodiče vinutia.
Vnútorná schéma zapojenia:
Z dôvodu absencie stredných vývodov, bipolárne riadenie potrebuje zložitejšiu logiku budenia cievok.
Každý vývod potrebuje samostatnú dvojicu sériovo zapojených NPN - PNP tranzistorov. Na každom vývode vinutí môže byť buť kladné napätie, alebo uzemnenie GND.
Takého zapojenie tranzistorov nazývame H (hight) - Bridge. U krokových motorov, kde sú na statore dve vinutia, ide o duálny H-Bridge systém. Ovládanie ako také je naročnejšie než pri unipolárnych krokových motorov.
Porovnanie
Ponúka sa nám otázka toho lepšieho riešenia a výberu. Výber krokových motorov v závislosti na použitom režime ovládania a logike budenia závisí na zapojení, kde chceme motor použiť.
Prevažne každý Unipolárny motor sa dá použiť ako Bipolárny - vynechaním stredových vývodov vinutí a použitím duálneho H-Bridge.
Unipolárny režim ovládania motorov má menšiu spotrebu - menší odpor vinutí použitím stredových vývodov.
Riadenie využíva menšiu zložitosť logiky, nakoľko každý vývod (okrem GND) má len jeden výkonový tranzistor na budenie.
Zároveň unipolárny režim má menší krútiaci moment rotora.
Bipolárne motory majú väčšiu spotrebu - väčší odpor vinutí, logika riadenia je zložitejšia - každý vývod obsahuje 2 tranzistory.
Krútiaci moment je však väčší.
Galéria
Bipolárne a unipolárne krokové motory
Bipolárne krokové motory so spätnou väzbou