Замкнутый контуршаговые двигателиизменили соотношение производительности и стоимости во многих системах управления движением. Успех двигателей VIC с замкнутым контуром управления также открыл возможность замены дорогостоящих серводвигателей на недорогие.шаговые двигателиВо все большем числе высокотехнологичных промышленных автоматизированных приложений технологические достижения меняют соотношение производительности и стоимости между шаговыми двигателями и серводвигателями.
Шаговые двигатели против серводвигателей
Согласно общепринятому мнению, системы сервоуправления лучше работают в приложениях, где требуются скорости свыше 800 об/мин и высокая динамика. Шаговые двигатели больше подходят для приложений с более низкими скоростями, низким или средним ускорением и высоким удерживающим моментом.
Итак, на чём же основано это расхожее мнение о шаговых двигателях и серводвигателях? Давайте разберём его подробнее ниже.
1. Простота и стоимость
Шаговые двигатели не только дешевле серводвигателей, но и проще в установке и обслуживании. Шаговые двигатели устойчивы в состоянии покоя и сохраняют заданное положение (даже при динамических нагрузках). Однако, если для определённых задач требуется более высокая производительность, необходимо использовать более дорогие и сложные серводвигатели.
2. Структура
Шаговые двигателиВращайтесь пошагово, используя магнитные катушки для постепенного перемещения магнита из одного положения в другое. Чтобы переместить двигатель на 100 положений в любом направлении, схема требует выполнения 100 шагов. Шаговые двигатели используют импульсы для пошагового перемещения, что позволяет точно позиционировать двигатель без использования датчиков обратной связи.
Принцип действия серводвигателя иной. Он подключает датчик положения (энкодер) к магнитному ротору и непрерывно отслеживает точное положение двигателя. Сервопривод отслеживает разницу между фактическим положением двигателя и заданным и соответствующим образом регулирует ток. Эта замкнутая система поддерживает двигатель в правильном положении.
3. Скорость и крутящий момент
Разница в производительности шаговых и серводвигателей обусловлена разными конструктивными решениями двигателей.Шаговые двигателиУ шаговых двигателей гораздо больше полюсов, чем у серводвигателей, поэтому для полного оборота шагового двигателя требуется гораздо большее количество обменов током в обмотках, что приводит к быстрому падению крутящего момента при увеличении скорости. Кроме того, при достижении максимального крутящего момента шаговый двигатель может потерять функцию синхронизации скорости. По этим причинам серводвигатели являются предпочтительным решением для большинства высокоскоростных приложений. Напротив, большее количество полюсов шагового двигателя выгодно на более низких скоростях, когда шаговый двигатель имеет преимущество в крутящем моменте по сравнению с серводвигателем того же размера.
С увеличением скорости крутящий момент шагового двигателя уменьшается.
4. Позиционирование
Между шаговыми двигателями и серводвигателями существуют важные различия в приложениях, где точное положение машины должно быть известно в любой момент времени. В системах с разомкнутым контуром управления, управляемых шаговыми двигателями, система управления предполагает, что двигатель всегда находится в правильном положении. Однако при возникновении проблемы, например, при остановке двигателя из-за застрявшего компонента, контроллер не может определить фактическое положение машины, что может привести к потере позиции. Замкнутая система управления серводвигателя имеет преимущество: если он застрянет из-за постороннего предмета, она немедленно это обнаружит. Машина прекратит работу и никогда не сместится с места.
5. Потребление тепла и энергии
Шаговые двигатели с разомкнутым контуром используют фиксированный ток и выделяют много тепла. Управление с замкнутым контуром обеспечивает только ток, необходимый для регулирования скорости, и, следовательно, позволяет избежать проблемы нагрева двигателя.
Сравнительный обзор
Системы сервоуправления лучше всего подходят для высокоскоростных приложений, требующих динамических изменений нагрузки, например, для роботизированных манипуляторов. Системы управления шаговыми двигателями, напротив, больше подходят для приложений, требующих низкого или среднего ускорения и высокого удерживающего момента, таких как 3D-принтеры, конвейеры, вспомогательные оси и т. д. Благодаря своей дешевизне шаговые двигатели могут снизить стоимость систем автоматизации. Системы управления движением, которым необходимо использовать преимущества серводвигателей, должны доказать, что эти более дорогие двигатели стоят своего веса в золоте.
Шаговые двигатели с замкнутым контуром управления
Шаговый двигатель со встроенным электронным управлением является аналогом двухфазного бесщёточного двигателя постоянного тока и может работать по алгоритмам управления положением, скорости, DQ и другим. Для коммутации в замкнутом контуре используется однооборотный абсолютный энкодер, что обеспечивает оптимальный крутящий момент на любой скорости.
Низкое потребление энергии и сохранение прохлады
Шаговые двигатели VIC отличаются высокой энергоэффективностью. В отличие от шаговых двигателей с разомкнутым контуром, которые всегда работают на полном токе и вызывают проблемы с нагревом и шумом, ток изменяется в зависимости от реальных условий движения, например, при ускорении и замедлении. Подобно сервоприводам, ток, потребляемый этими шаговыми двигателями в любой момент времени, пропорционален фактическому требуемому крутящему моменту. Благодаря меньшему нагреву двигателя и встроенной электронной платы управления, шаговые двигатели VIC могут достигать более высоких пиковых крутящих моментов, сравнимых с серводвигателями.
Даже на высоких скоростях шаговые двигатели VIC потребляют меньше тока
Благодаря достижениям в технологии замкнутого контура шаговые двигатели способны проникать в высокопроизводительные, высокоскоростные приложения, которые ранее были доступны исключительно серводвигателям.
Шаговые двигатели с технологией замкнутого контура
А что если бы преимущества технологии сервоприводов с замкнутым контуром можно было применить к шаговым двигателям?
Можно ли достичь производительности, сопоставимой с серводвигателями, и при этом воспользоваться ценовыми преимуществами шаговых двигателей?
Благодаря сочетанию технологии управления с обратной связью шаговый двигатель станет комплексным продуктом, сочетающим преимущества как серводвигателей, так и шаговых двигателей, при этом отличаясь низкой стоимостью. Поскольку шаговые двигатели с обратной связью обеспечивают значительное повышение производительности и энергоэффективности, они могут заменить более дорогие серводвигатели во всё большем числе высокотехнологичных приложений.
Ниже приведен пример интегрированного шагового двигателя VIC со встроенным замкнутым контуром управления для пояснения производительности, а также преимуществ и недостатков шаговых двигателей с технологией замкнутого контура.
Точное соответствие требованиям к производительности
Чтобы обеспечить достаточный крутящий момент для преодоления помех и предотвращения потери шагов, шаговые двигатели с разомкнутым контуром обычно должны обеспечивать крутящий момент как минимум на 40% выше значения, требуемого приложением. Шаговые двигатели с замкнутым контуром Toda лишены этой проблемы. При остановке из-за перегрузки эти двигатели продолжают удерживать нагрузку без потери крутящего момента. Они продолжат работать и после устранения перегрузки. Максимальный крутящий момент может быть гарантирован на любой заданной скорости, а датчик положения гарантирует отсутствие потери шага. Таким образом, шаговые двигатели с замкнутым контуром могут быть точно рассчитаны на крутящий момент, соответствующий требованиям конкретного приложения, без необходимости дополнительного 40%-ного запаса.
Шаговым двигателям с разомкнутым контуром сложно обеспечить высокий мгновенный крутящий момент из-за риска потери шагов. По сравнению с обычными шаговыми двигателями, шаговые двигатели VIC с замкнутым контуром обеспечивают очень быстрое ускорение, низкий уровень шума и резонанса. Они могут работать в гораздо более широкой полосе пропускания и обеспечивать превосходную производительность.
Нет шкафа
Toda объединяет плату управления приводом с двигателем, сокращая количество проводов и упрощая решение. С Toda вы можете создавать машины без корпусов.
Интеграция электроники с шаговыми двигателями снижает сложность
Благодаря технологии замкнутого контура, шаговые двигатели с замкнутым контуром обеспечивают пользователям превосходную точность и эффективность, сочетая производительность серводвигателя и низкую стоимость шагового двигателя. Более дешевые шаговые двигатели постепенно проникают в области применения, где в противном случае доминировали бы дорогостоящие серводвигатели.
Время публикации: 10 апреля 2023 г.