Замкнутый контуршаговые двигателиизменили соотношение производительности и стоимости во многих приложениях управления движением. Успех прогрессивных двигателей с замкнутым контуром VIC также открыл возможность замены дорогостоящих серводвигателей на недорогиешаговые двигатели.Во 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 работают лучше в приложениях, где требуются скорости свыше 800 об/мин и высокая динамическая реакция. Шаговые двигатели больше подходят для приложений с более низкими скоростями, низким или средним ускорением и высоким удерживающим моментом.
Так на чем же основано это общепринятое мнение о шаговых двигателях и серводвигателях? Давайте проанализируем его более подробно ниже.
1. Простота и стоимость
Шаговые двигатели не только дешевле серводвигателей, но и проще в эксплуатации и обслуживании. Шаговые двигатели устойчивы в состоянии покоя и сохраняют свое положение (даже при динамических нагрузках). Однако, если для определенных приложений требуется более высокая производительность, необходимо использовать более дорогие и сложные серводвигатели.
2. Структура
Шаговые двигателивращаться 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 шаговых операций на двигателе. Шаговые двигатели используют импульсы для достижения инкрементных перемещений, что позволяет выполнять точное позиционирование без использования каких-либо датчиков обратной связи.
Метод движения серводвигателя отличается. Он подключает датчик положения - т. е. энкодер - к магнитному ротору и непрерывно определяет точное положение двигателя. Серводвигатель отслеживает разницу между фактическим положением двигателя и заданным положением и соответствующим образом регулирует ток. Эта замкнутая система поддерживает двигатель в правильном состоянии движения.
3. Скорость и крутящий момент
Разница в производительности шаговых и серводвигателей обусловлена разными конструктивными решениями двигателей.Шаговые двигателиимеют гораздо большее количество полюсов, чем серводвигатели, поэтому полный оборот шагового двигателя требует гораздо большего количества обменов током обмотки, что приводит к быстрому падению крутящего момента при увеличении скорости. Кроме того, если достигается максимальный крутящий момент, шаговый двигатель может потерять функцию синхронизации скорости. По этим причинам серводвигатели являются предпочтительным решением в большинстве высокоскоростных приложений. Напротив, большее количество полюсов шагового двигателя выгодно на более низких скоростях, когда шаговый двигатель имеет преимущество в крутящем моменте перед серводвигателем того же размера.
С увеличением скорости крутящий момент шагового двигателя уменьшается.
4. Позиционирование
Существуют важные различия между шаговыми двигателями и серводвигателями в приложениях, где точное положение машины должно быть известно в любое время. В приложениях движения с открытым контуром, управляемых шаговыми двигателями, система управления предполагает, что двигатель всегда находится в правильном состоянии движения. Однако после возникновения проблемы, такой как остановка двигателя из-за застрявшего компонента, контроллер не может узнать фактическое положение машины, что может привести к потере положения. Замкнутая система самого серводвигателя имеет преимущество: если он застрянет из-за объекта, он немедленно это обнаружит. Машина прекратит работу и никогда не выйдет из положения.
5. Потребление тепла и энергии
Шаговые двигатели с открытым контуром используют фиксированный ток и выделяют много тепла. Управление с закрытым контуром обеспечивает только ток, необходимый для контура скорости, и, следовательно, позволяет избежать проблемы нагрева двигателя.
Сводка сравнения
Системы сервоуправления лучше всего подходят для высокоскоростных приложений, включающих динамические изменения нагрузки, например, роботизированные руки. Системы шагового управления, с другой стороны, больше подходят для приложений, требующих низкого или среднего ускорения и высокого удерживающего момента, например, 3D-принтеры, конвейеры, вспомогательные оси и т. д. Поскольку шаговые двигатели дешевле, они могут снизить стоимость систем автоматизации при их использовании. Системы управления движением, которым необходимо использовать преимущества характеристик серводвигателей, должны будут доказать, что эти более дорогие двигатели стоят своего веса в золоте.
Шаговые двигатели с замкнутым контуром управления
Шаговый двигатель со встроенным электронным управлением является эквивалентом двухфазного бесщеточного двигателя постоянного тока и может выполнять управление контуром положения, управление контуром скорости, управление DQ и другие алгоритмы. 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 обладают высокой энергоэффективностью. В отличие от шаговых двигателей с открытым контуром, которые всегда работают по полной команде тока и вызывают проблемы с нагревом и шумом, ток изменяется в соответствии с фактическими условиями движения, например, во время ускорения и замедления. Подобно сервоприводам, ток, потребляемый этими шаговыми двигателями в любой момент времени, пропорционален фактическому требуемому крутящему моменту. Поскольку двигатель и встроенная электронная плата управления работают при более низкой температуре, шаговые двигатели VIC могут достигать более высоких пиковых крутящих моментов, сопоставимых с серводвигателями.
Даже на высоких скоростях шаговые двигатели VIC потребляют меньше тока
Благодаря достижениям в области технологий замкнутого контура шаговые двигатели способны проникать в высокопроизводительные и высокоскоростные приложения, которые ранее были доступны исключительно серводвигателям.
Шаговые двигатели с замкнутой технологией
А что, если преимущества технологии замкнутого контура сервопривода можно было бы применить к шаговым двигателям?
Сможем ли мы достичь производительности, сопоставимой с производительностью серводвигателей, и при этом воспользоваться ценовыми преимуществами шаговых двигателей?
Объединив технологию управления с замкнутым контуром, шаговый двигатель станет комплексным продуктом с преимуществами как серводвигателей, так и шаговых двигателей по низкой цене. Поскольку шаговые двигатели с замкнутым контуром предлагают значительные улучшения в производительности и энергоэффективности, они могут заменить более дорогие серводвигатели во все большем количестве приложений с высокими стандартами.
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 избежания потери шагов, шаговые двигатели с разомкнутым контуром обычно должны гарантировать, что крутящий момент по крайней мере на 40% выше значения, требуемого приложением. Шаговые двигатели с замкнутым контуром toda не имеют этой проблемы. Когда эти шаговые двигатели останавливаются из-за перегрузки, они продолжают удерживать нагрузку без потери крутящего момента. Они продолжат работать после устранения состояния перегрузки. Максимальный крутящий момент может быть гарантирован на любой заданной скорости, а датчик положения гарантирует отсутствие потери шага. Поэтому шаговые двигатели с замкнутым контуром могут быть указаны для точного соответствия требованиям крутящего момента соответствующего приложения без необходимости дополнительного запаса в 40%.
С шаговыми двигателями с открытым контуром сложно удовлетворить высокие требования к мгновенному крутящему моменту из-за риска потери шагов. По сравнению с обычными шаговыми двигателями, шаговые двигатели с закрытым контуром VIC могут достигать очень быстрого ускорения, низкого рабочего шума и низкого резонанса. Они могут работать в гораздо более высоких полосах пропускания и достигать превосходной производительности.
Нет шкафа
Toda объединяет плату управления приводом с двигателем, сокращая количество проводов и упрощая решение по внедрению. С помощью toda вы можете создавать машины без шкафов.
Интеграция электроники с шаговыми двигателями снижает сложность
Благодаря технологии замкнутого контура шаговые двигатели с замкнутым контуром предлагают пользователям превосходную точность и эффективность, с производительностью серводвигателя и низкой стоимостью шагового двигателя. Более дешевые шаговые двигатели постепенно проникают в приложения, в которых в противном случае доминировали бы дорогостоящие серводвигатели.
Время публикации: 10 апреля 2023 г.