Шаговые двигателиЭто дискретные устройства управления движением, обладающие преимуществом в цене по сравнению с серводвигателями. Они преобразуют механическую и электрическую энергию. Двигатель, преобразующий механическую энергию в электрическую, называется «генератором», а двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую, называется «двигателем». Шаговые двигатели и серводвигатели — это устройства управления движением, которые позволяют точно определять положение и направление движения автоматизированного оборудования. Они используются в основном в производстве автоматизированного оборудования.
Существует три типа ротора шагового двигателя: реактивный (тип VR), с постоянными магнитами (тип PM) и гибридный (тип HB). 1) Реактивный (тип VR): шестерня с зубцами ротора. 2) Постоянный магнит (тип PM): ротор с постоянным магнитом. 3) Гибридный (тип HB): шестерня как с постоянными магнитами, так и с зубцами ротора. Шаговые двигатели классифицируются по обмоткам на статоре: бывают двухфазные, трехфазные и пятифазные. Двигатели с двумя статорами называются двухфазными, а двигатели с пятью статорами называются пятифазными. Чем больше фаз и тактов у шагового двигателя, тем он точнее.
Двигатели HB могут обеспечивать очень точное шаговое перемещение с малым шагом, в то время как двигатели PM, как правило, не требуют высокой точности управления.HB-моторыпозволяет удовлетворить сложные требования к точному управлению линейным движением. Двигатели с постоянными магнитами имеют относительно небольшой крутящий момент и габариты, обычно не требуют высокой точности управления и более экономичны. Отрасли промышленности: текстильное машиностроение, упаковка пищевых продуктов. С точки зрения производственного процесса и точности управления двигателем,Шаговые двигатели HBболее совершенны, чем шаговые двигатели с постоянными магнитами.
Шаговые двигатели и серводвигатели являются устройствами управления движением, но различаются по своим характеристикам. Шаговый двигатель — это дискретное устройство управления движением, которое получает команду и выполняет шаг. Шаговые двигатели преобразуют входной импульсный сигнал в угловое перемещение. Когда драйвер шагового двигателя получает импульсный сигнал, он поворачивает шаговый двигатель на фиксированный угол в заданном направлении. Серводвигатель — это сервосистема, в которой электрические сигналы преобразуются в крутящий момент и скорость для управления объектом управления, что позволяет контролировать скорость и точность позиционирования.
✓ Шаговые двигатели, серводвигатели существенно различаются по низкочастотным характеристикам, моментно-частотным характеристикам и перегрузочной способности:.
Точность управления: чем больше фаз и рядов шаговых двигателей, тем выше точность; точность управления серводвигателями переменного тока гарантируется вращающимся энкодером на заднем конце вала двигателя, чем больше шкал энкодера, тем выше точность.
✓ Низкочастотные характеристики: шаговые двигатели подвержены низкочастотной вибрации на низких скоростях. Эта низкочастотная вибрация, обусловленная принципом работы шаговых двигателей, негативно влияет на нормальную работу машины. Для её устранения обычно используется технология демпфирования. Сервосистемы переменного тока обладают функцией подавления резонанса, что позволяет компенсировать недостаточную жёсткость оборудования. Работа двигателя очень плавная, вибрации отсутствуют даже на низких скоростях.
✓ Частотно-моментные характеристики: выходной крутящий момент шаговых двигателей уменьшается с ростом скорости, поэтому их максимальная рабочая скорость составляет 300–600 об/мин; серводвигатели могут выдавать номинальный крутящий момент до номинальной скорости (обычно 2000–3000 об/мин), а выше номинальной скорости выходная мощность постоянна.
✓ Перегрузочная способность: шаговые двигатели не имеют перегрузочной способности; серводвигатели имеют высокую перегрузочную способность.
✓ Скорость отклика: шаговым двигателям требуется 200–400 мс для разгона из состояния покоя до рабочей скорости (несколько сотен оборотов в минуту); сервопривод переменного тока обладает лучшими характеристиками разгона и может использоваться в ситуациях, требующих быстрого запуска/остановки. Например, сервопривод переменного тока Panasonic MASA 400W разгоняется из состояния покоя до номинальной скорости 3000 об/мин всего за несколько миллисекунд.
Эксплуатационные характеристики: шаговые двигатели управляются по принципу разомкнутого контура и склонны к потере шага или блокировке, если начальная частота или нагрузка слишком велика, а также к перерегулированию, если скорость слишком высока при остановке; сервопривод переменного тока управляется по принципу замкнутого контура, и драйвер может напрямую оцифровывать сигнал обратной связи энкодера двигателя, поэтому, как правило, не происходит потери шага или перерегулирования шагового двигателя, а характеристики управления более надежны.
Сервопривод переменного тока превосходит шаговый двигатель по производительности, но преимущество шагового двигателя заключается в низкой цене. Сервопривод переменного тока превосходит шаговый двигатель по скорости отклика, перегрузочной способности и эксплуатационным характеристикам, но шаговые двигатели используются в некоторых менее требовательных сценариях благодаря своему выгодному соотношению цены и производительности. Благодаря использованию технологии замкнутого контура, шаговые двигатели с замкнутым контуром могут обеспечить превосходную точность и эффективность, достигая некоторых характеристик серводвигателей, но при этом обладают преимуществом низкой цены.
Загляните в будущее и определите новые области применения. Применение шаговых двигателей претерпело структурные изменения: традиционный рынок достиг насыщения, и появились новые отрасли. Управляющие двигатели и приводные системы компании широко используются в медицинских приборах, сервисных роботах, промышленной автоматизации, информационно-коммуникационных системах, системах безопасности и других развивающихся отраслях, которые занимают относительно большую долю общего объема бизнеса и растут быстрыми темпами. Спрос на шаговые двигатели связан с экономикой, технологиями, уровнем промышленной автоматизации и уровнем технического развития самих шаговых двигателей. Рынок достиг насыщения в традиционных отраслях, таких как офисная автоматизация, цифровые камеры и бытовая техника, в то время как новые отрасли продолжают развиваться, например, 3D-печать, солнечная энергетика, медицинское оборудование и автомобильная промышленность.
| Поля | Конкретные применения |
| Автоматизация офиса | Принтеры, сканеры, копировальные аппараты, МФУ и т. д. |
| Освещение сцены | Управление направлением света, фокусировкой, смещением цвета, точечным управлением, световыми эффектами и т. д. |
| Банковское дело | Банкоматы, печать купюр, изготовление банковских карт, машины для подсчета денег и т. д. |
| Медицинский | КТ-сканер, гематологический анализатор, биохимический анализатор и т. д. |
| Промышленный | Текстильные машины, упаковочные машины, роботы, конвейеры, сборочные линии, укладочные машины и т. д. |
| Коммуникация | Формирование сигнала, позиционирование мобильной антенны и т. д. |
| Безопасность | Управление движением для камер видеонаблюдения. |
| Автомобильная промышленность | Управление клапанами масла/газа, легкая система рулевого управления. |
Развивающаяся отрасль 1: 3D-печать продолжает совершать прорывы в области исследований и разработок и расширять сферы применения в сфере переработки. Внутренний и международный рынки растут примерно на 30%. 3D-печать основана на цифровых моделях, где материалы накладываются друг на друга слоями для создания физических объектов. Двигатель является важным силовым компонентом 3D-принтера, точность которого влияет на эффективность 3D-печати. Как правило, 3D-печать использует шаговые двигатели. В 2019 году мировой объём индустрии 3D-печати составил 12 миллиардов долларов, увеличившись на 30% в годовом исчислении.
Новая отрасль 2: мобильные роботы управляются компьютером и обладают такими функциями, как движение, автоматическая навигация, управление несколькими датчиками, сетевое взаимодействие и т. д. Наиболее важным применением в практическом производстве является погрузочно-разгрузочные работы с высокой степенью нестандартизации.
В приводном модуле мобильных роботов используются шаговые двигатели, а основная конструкция привода состоит из приводных двигателей и редукторов (редукторов). Несмотря на то, что отечественная промышленность промышленных роботов начала развиваться позже зарубежных стран, в области мобильных роботов она опережает их. В настоящее время основные компоненты мобильных роботов производятся преимущественно отечественными предприятиями, и отечественные предприятия в основном достигли требований к точности по всем параметрам, а число иностранных конкурентов невелико.
Объем рынка мобильных роботов в Китае в 2019 году составит около 6,2 млрд долларов США, что на 45% больше, чем годом ранее. Международный запуск профессиональных роботов-уборщиков со значительно более высокой эффективностью уборки. Запуск «второго робота» в 2018 году последовал за запуском гуманоидного робота. «Второй робот» — это интеллектуальный коммерческий робот-пылесос с несколькими датчиками для обнаружения препятствий, лестниц и движения человека. Он может работать три часа без подзарядки и убирать до 1500 квадратных метров. «Второй робот» может взять на себя большую часть ежедневной работы уборщиков и увеличить частоту уборки в дополнение к уже существующим работам.
Третья развивающаяся отрасль: С внедрением 5G увеличивается количество антенн для базовых станций связи, а вместе с ними и количество необходимых двигателей. Как правило, для обычных базовых станций связи требуется 3 антенны, для базовых станций 4G – 4-6 антенн, а для приложений 5G количество базовых станций и антенн увеличивается ещё больше, поскольку они должны охватывать традиционную мобильную связь и приложения Интернета вещей. Изделия с управляющими двигателями и редукторными компонентами становятся основной разработкой для антенных установок базовых станций. Для каждой антенны ESC используется один управляющий двигатель с редуктором.
Количество базовых станций 4G увеличилось на 1,72 миллиона в 2019 году, и ожидается, что строительство 5G откроет новый цикл. В 2019 году количество базовых станций мобильной связи в Китае достигло 8,41 миллиона, из которых 5,44 миллиона были базовыми станциями 4G, что составляет 65%. В 2019 году количество новых базовых станций 4G увеличилось на 1,72 миллиона, что является наибольшим показателем с 2015 года, в основном за счет 1) расширения сети для покрытия слепых зон в сельской местности. 2) Будет модернизирована емкость базовой сети, чтобы заложить основу для строительства сети 5G. Коммерческая лицензия 5G в Китае будет выдана в июне 2019 года, а к маю 2020 года по всей стране будет открыто более 250 000 базовых станций 5G.
Развивающаяся отрасль 5: Медицинские приборы — одна из основных сфер применения шаговых двигателей и один из сегментов, в котором Vic-Tech активно участвует. Медицинские приборы, от металла до пластика, требуют высокой точности при производстве. Многие производители медицинских приборов используют серводвигатели для обеспечения точности. Однако, поскольку шаговые двигатели экономичнее и компактнее сервоприводов, а их точность соответствует требованиям некоторых медицинских приборов, шаговые двигатели используются в производстве медицинских приборов и даже заменяют некоторые серводвигатели.
Время публикации: 19 мая 2023 г.