Silniki krokowe w standardzie NEMA
Osoby zajmujące się projektowaniem obudów i mechanizmów – czy to ręcznie, czy też z użyciem oprogramowania CAD – wiedzą, jak cenna jest dostępność dokumentacji wymiarowej wykorzystywanych komponentów. Bardzo dobrą informacją jest zatem wieść, że znacząca większość stosowanych obecnie silników krokowych małej mocy korzysta z ustalonych, międzynarodowych standardów NEMA. Normy te opisują kluczowe parametry mechaniczne – zarówno dotyczące rozmiarów korpusu silnika, jak i średnicy wału wyjściowego oraz, niezwykle ważnego, rozstawu otworów montażowych. Silniki krokowe należą do kilku grup, różniących się wielkością, a przez to także mocą oraz momentem obrotowym. Oznaczenie liczbowe – np. NEMA17 – odnosi się do wymiaru boku kwadratu, w którym mieści się przednia (czołowa) część obudowy silnika. Co ważne, oznaczenie to jest podawane w dziesiątych częściach cala, zatem silnik wyprodukowany wg wspomnianego powyżej standardu NEMA17 ma obudowę o wymiarach 1,7 x 1,7 cala (czyli około 43,3 x 43,3 mm). Długość korpusu przyjmuje różne wartości, zależnie od konstrukcji silnika – ogólnie mówiąc, im dłuższy silnik tym zazwyczaj wyższe osiągi oferuje w zakresie mechanicznym. O standardzie NEMA17 wspominamy, gdyż w ostatnich latach ten właśnie „rozmiar” zyskał szczególne znaczenie rynkowe – większość powszechnie dostępnych drukarek 3D korzysta właśnie z takich silników krokowych.
Inne rodzaje silników krokowych
Choć silniki krokowe produkowane wg norm NEMA skradły serca tysięcy inżynierów mechatroniki na całym świecie, nie można zapominać także o niewielkich, niestandardowych silniczkach, przydatnych w wielu zastosowaniach. Firma DFRobot oferuje m.in. malutki silniczek krokowy z przekładnią 100:1 o indeksie katalogowym FIT0503. Metalowa przekładnia pozwala na uzyskanie momentu trzymającego rzędu 0,8 kg*cm, co jest wystarczające do poruszania niewielkich mechanizmów (np. głowicy z czujnikiem odległości w konstrukcji robota mobilnego). Ciekawą propozycją, zwłaszcza dla osób rozpoczynających swoją przygodę z silnikami krokowymi, jest niedrogi zestaw, zawierający niewielki, pięcioprzewodowy silnik 28BYJ-48 wraz ze sterownikiem, opartym na legendarnym już układzie scalonym ULN2003 (jest to zatem sterownik unipolarny). W sytuacjach wymagających ruchu liniowego (zamiast obrotowego) warto rozważyć zastosowanie silnika krokowego 39BYGL215A z gwintowanym wałem. Jest to zatem swego rodzaju siłownik liniowy z tym, że sterowany za pomocą klasycznego, bipolarnego silnika krokowego.
Sterowniki silników krokowych
Zastosowanie silnika krokowego nie byłoby możliwe bez użycia odpowiedniego układu sterującego. Co prawda, podobnie jak w przypadku innych rodzajów silników, możliwe jest oczywiście samodzielne zaprojektowanie i wykonanie takiego urządzenia, jednak w dzisiejszych czasach zwykle mija się to z celem. Upowszechnienie drukarek 3D do samodzielnego montażu (DIY) sprawiło, że niezwykłą popularność zyskały gotowe, niewielkie scalone sterowniki silników krokowych, oferowane w formie modułów gotowych do podłączenia. Kontrolery te, zwane StepStick, mają postać małych płytek drukowanych z padami lutowniczymi, przystosowanymi do wlutowania klasycznych goldpinów w rastrze 2,54 mm. W zależności od zastosowanej wersji układu scalonego, mogą one osiągać różne parametry elektryczne wyjścia: modele oparte na sterowniku A4988 mogą pracować z prądem do 2 A i przy napięciu zasilania do 35 V, podczas gdy dla modułów z układami DRV8824 i DRV8825 parametry wynoszą odpowiednio: 1,2 A / 45 V oraz 2,2 A / 45 V. Produkty z serii StepStick doskonale współpracują zatem z większością silników krokowych w standardzie NEMA17 itp. Sterowniki te posiadają szereg wbudowanych zabezpieczeń i obsługują różne tryby sterowania (pełnokrokowe, półkrokowe i mikrokrokowe z ustawianą rozdzielczością), oferują także możliwość regulacji prądu uzwojeń. Sterowanie ruchem silnika krokowego jest banalnie proste – opiera się na podawaniu impulsów na wejście cyfrowe, po ustawieniu odpowiedniego stanu logicznego na wejściu kierunkowym (prawo/lewo), bez problemu może zatem być realizowane przez dowolny mikrokontroler (np. za pomocą płytki Arduino).
