Silniki krokowe NEMA to jedne z najczęściej wybieranych rozwiązań w projektach wymagających precyzyjnego pozycjonowania, stabilnego ruchu i powtarzalności. Znajdują zastosowanie w drukarkach 3D, maszynach CNC, automatyce domowej czy robotyce. Ich działanie opiera się na krokowym przemieszczeniu, a sterowanie – choć może wydawać się skomplikowane – po odpowiednim zrozumieniu staje się całkowicie przewidywalne. Poniższy poradnik wprowadzi Cię w świat silników krokowych NEMA, ich budowy, zasady działania oraz możliwości sterowania.
Czym jest silnik krokowy i jak działa?
Silnik krokowy to silnik prądu stałego, który porusza się skokowo zamiast obracać się w sposób ciągły. Dzięki temu można go dokładnie kontrolować bez potrzeby stosowania czujników pozycji. Każdy krok to określony kąt obrotu wirnika – najczęściej 1,8°, czyli 200 kroków na jeden pełny obrót. Istnieją jednak modele oferujące inną liczbę kroków, co wpływa na ich dokładność.
Cewki, fazy i sekwencja sterowania
Wewnątrz silnika znajdują się cewki połączone w grupy zwane fazami. Sterownik silnika krokowego zasila te fazy w odpowiedniej kolejności, wywołując obrót wirnika. Taki sposób pracy daje dużą kontrolę nad pozycją i prędkością obrotu, a także pozwala osiągnąć bardzo stabilny ruch.
Rodzaje silników krokowych i ich budowa
Silnik unipolarny a bipolarny – co wybrać?
Najczęściej spotykamy silniki krokowe unipolarne oraz bipolarne. Różnią się one sposobem zasilania faz:
-
Silnik unipolarny ma przewód wspólny dla każdej fazy i prostszą konstrukcję sterującą, lecz oferuje niższy moment obrotowy.
-
Silnik bipolarny wykorzystuje mostki H i zmienia kierunek przepływu prądu, co pozwala na pełne wykorzystanie cewek i uzyskanie wyższej mocy.
Jeśli zależy Ci na większym momencie obrotowym i masz odpowiedni sterownik – wybierz wersję bipolarną.
Zobacz też: https://www.v-slot.pl/silniki-krokowe-nema-precyzyjne-sterowanie-w-automatyce
Silniki z magnesem trwałym, hybrydowe i z przekładnią
Większość popularnych modeli to silniki hybrydowe, łączące zalety modeli z magnesem trwałym i reluktancyjnych. Część z nich jest dodatkowo wyposażona w przekładnię, która zwiększa moment obrotowy i rozdzielczość kosztem prędkości.
Rozmiary silników – czym różni się NEMA 17 od NEMA 23?
Oznaczenie NEMA nie odnosi się do wydajności, ale do wymiarów czołowej płyty montażowej. Przykładowo:
-
NEMA 17 to najpopularniejszy wybór w drukarkach 3D i projektach hobbystycznych.
-
NEMA 23 i większe znajdują zastosowanie w maszynach CNC i urządzeniach przemysłowych.
Większy silnik to zazwyczaj większy moment obrotowy, ale i większe zapotrzebowanie na prąd.
Najważniejsze parametry silników krokowych
Moment obrotowy, kroki i rozdzielczość
Podstawowym parametrem jest moment obrotowy, który określa, jaką siłę silnik może przenieść. Silnik 1,8° wykonuje 200 kroków na pełny obrót, co oznacza bardzo wysoką dokładność pozycjonowania. W połączeniu z przekładnią możesz osiągnąć nawet 512 kroków lub więcej.
Jak dobrać silnik do projektu?
Pod uwagę należy wziąć:
-
Amperaż na fazę
-
Opór cewki
-
Napięcie znamionowe
-
Wymaganą rozdzielczość
Zbyt słaby silnik nie udźwignie projektu, a zbyt mocny będzie się przegrzewać lub zużywać zbyt dużo prądu.
Sterowanie silnikami krokowymi – co musisz wiedzieć
Sterowniki unipolarne i bipolarne – podstawy sterowania
Silniki krokowe nie mogą być zasilane bezpośrednio z zasilacza – potrzebują sterownika, który będzie zasilał fazy w odpowiedniej sekwencji. Proste sterowniki unipolarne mogą być zbudowane z tranzystorów, ale działają tylko z silnikami unipolarnymi.
Silniki bipolarne wymagają mostków H – układów, które umożliwiają odwracanie kierunku przepływu prądu przez cewki.
📎 Zobacz, jak podłączyć silnik krokowy do Arduino
Przykład: Arduino i L293D
Jednym z najczęściej stosowanych układów sterujących jest L293D – prosty, tani i idealny do nauki. Wystarczy go połączyć z Arduino i masz gotowy system sterowania krokowego.
📎 Jeśli dopiero zaczynasz, sprawdź Jak podłączyć silnik krokowy? Odpowiadamy
Zaawansowane układy sterowania – większe możliwości
Nakładki i sterowniki PWM – więcej niż podstawy
Nowoczesne nakładki obsługujące protokół I2C i PWM pozwalają kontrolować wiele silników bez zajmowania dużej liczby pinów GPIO. To rozwiązanie idealne do większych projektów z wieloma napędami.
Sterowniki chopper – co to takiego?
Chopper to typ sterownika, który zasila silnik krokowy napięciem wielokrotnie wyższym niż znamionowe, ale stale kontroluje prąd, by go nie przekroczyć. Pozwala to zwiększyć moment obrotowy przy niskich prędkościach oraz osiągnąć większe prędkości maksymalne.
Prawa Ohma, Faradaya i Lenza w praktyce
Sterując silnikiem, musisz znać podstawy elektrotechniki:
-
Prawo Ohma: napięcie = prąd × opór
-
Prawo Faradaya: zmienne pole magnetyczne generuje prąd
-
Prawo Lenza: kierunek prądu przeciwdziała zmianie pola
Wsteczne EMF, czyli napięcie zwrotne, powstające podczas obrotu silnika, może wpływać na jego działanie i musi być uwzględnione przy wyborze sterownika.
Najczęściej zadawane pytania o silniki krokowe NEMA
Czy NEMA 17 będzie działać z moim sterownikiem?
Rozmiar NEMA nie mówi nic o parametrach elektrycznych. Sprawdź amperaż, napięcie i opór, zanim podłączysz silnik do sterownika.
Jaki zasilacz dobrać do silnika krokowego?
Najważniejsze: nie przekraczaj napięcia znamionowego sterownika! Prąd dostosuj do parametrów silnika – za duży może go uszkodzić, za mały nie pozwoli na pełną moc.
Jak zwiększyć moment obrotowy bez zmiany silnika?
Rozważ zastosowanie przekładni – zmniejszy prędkość, ale znacząco zwiększy siłę. Idealne do aplikacji, które wymagają mocy zamiast szybkości.
🛠️ Nie czekaj – wybierz swój silnik krokowy i rozwijaj swój projekt już teraz w sklepie v-slot.pl.
