Замкнутый контуршаговые двигателиОни изменили соотношение производительности и стоимости во многих приложениях управления движением. Успех прогрессивных двигателей с замкнутым контуром VIC также открыл возможность замены дорогостоящих серводвигателей на недорогие.шаговые двигателиВ постоянно растущем числе высокотехнологичных приложений промышленной автоматизации технологические достижения меняют соотношение производительности и стоимости шаговых и серводвигателей.
Шаговые двигатели против серводвигателей
Согласно общепринятому мнению, сервоприводные системы лучше работают в тех областях применения, где требуются скорости вращения более 800 об/мин и высокая динамическая отдача. Шаговые двигатели больше подходят для применений с более низкими скоростями, низким или средним ускорением и высоким удерживающим моментом.
Так на чём же основано это общепринятое мнение о шаговых двигателях и сервомоторах? Давайте проанализируем это подробнее ниже.
1. Простота и стоимость
Шаговые двигатели не только дешевле серводвигателей, но и проще в эксплуатации и обслуживании. Шаговые двигатели стабильны в состоянии покоя и удерживают свое положение (даже при динамических нагрузках). Однако, если для определенных применений требуется более высокая производительность, необходимо использовать более дорогие и сложные серводвигатели.
2. Структура
Шаговые двигателиВращение происходит пошагово, при этом магнитные катушки постепенно перемещают магнит из одного положения в другое. Для перемещения двигателя на 100 положений в любом направлении требуется выполнить 100 операций шагового перемещения. Шаговые двигатели используют импульсы для достижения пошаговых перемещений, что позволяет осуществлять точное позиционирование без использования каких-либо датчиков обратной связи.
Принцип работы серводвигателя отличается. Он подключает датчик положения — то есть энкодер — к магнитному ротору и непрерывно определяет точное положение двигателя. Сервопривод отслеживает разницу между фактическим положением двигателя и заданным положением и соответствующим образом регулирует ток. Эта замкнутая система поддерживает двигатель в правильном состоянии.
3. Скорость и крутящий момент
Разница в производительности шаговых и серводвигателей обусловлена различными конструктивными решениями.Шаговые двигателиШаговые двигатели имеют гораздо больше полюсов, чем серводвигатели, поэтому для полного оборота шагового двигателя требуется гораздо больше токовых обменов 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 в большинстве высокоскоростных применений. 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
В тех областях применения, где необходимо постоянно точно знать положение машины, существуют важные различия между шаговыми двигателями и серводвигателями. В системах управления движением с разомкнутым контуром, управляемых шаговыми двигателями, система управления предполагает, что двигатель всегда находится в правильном состоянии. Однако после возникновения проблемы, например, заклинивания двигателя из-за застрявшего компонента, контроллер не может определить фактическое положение машины, что может привести к потере позиционирования. Система управления с замкнутым контуром, используемая самим серводвигателем, имеет преимущество: если он заклинит из-за какого-либо объекта, он немедленно это обнаружит. Машина остановится и никогда не выйдет из строя.
5. Тепло- и энергопотребление
Шаговые двигатели с разомкнутым контуром управления используют фиксированный ток и выделяют много тепла. Управление с замкнутым контуром обеспечивает подачу только того тока, который необходим для регулирования скорости, и, следовательно, позволяет избежать проблемы перегрева двигателя.
Сводка сравнений
Системы сервоуправления лучше всего подходят для высокоскоростных приложений, связанных с динамическими изменениями нагрузки, таких как роботизированные манипуляторы. Системы шагового управления, с другой стороны, больше подходят для приложений, требующих низкого или среднего ускорения и высокого удерживающего момента, таких как 3D-принтеры, конвейеры, вспомогательные оси и т. д. Поскольку шаговые двигатели дешевле, их использование может снизить стоимость систем автоматизации. Системы управления движением, которым необходимо использовать преимущества характеристик серводвигателей, должны будут доказать, что эти более дорогие двигатели стоят своих денег.
Шаговые двигатели с замкнутым контуром управления
Шаговый двигатель со встроенным электронным управлением является эквивалентом двухфазного бесщеточного двигателя постоянного тока и может выполнять управление по контуру положения, управление по контуру скорости, управление DQ и другие алгоритмы. Для коммутации в замкнутом контуре используется однооборотный абсолютный энкодер, обеспечивающий оптимальный крутящий момент на любой скорости.
Низкое энергопотребление и поддержание прохлады
Шаговые двигатели VIC отличаются высокой энергоэффективностью. В отличие от шаговых двигателей с разомкнутым контуром управления, которые всегда работают с полным током и вызывают проблемы с перегревом и шумом, ток изменяется в зависимости от фактических условий движения, например, во время ускорения и замедления. Подобно сервоприводам, ток, потребляемый этими шаговыми двигателями в любой момент времени, пропорционален требуемому крутящему моменту. Благодаря более низкой температуре двигателя и встроенной электронной платы управления, шаговые двигатели VIC могут достигать более высоких пиковых значений крутящего момента, сравнимых с сервоприводами.
Даже на высоких скоростях шаговые двигатели VIC потребляют меньше тока.
Благодаря достижениям в технологии замкнутого контура управления, шаговые двигатели способны проникать в высокопроизводительные и высокоскоростные приложения, которые ранее были исключительно прерогативой серводвигателей.
Шаговые двигатели с технологией замкнутого контура
А что если преимущества технологии сервоуправления с замкнутым контуром можно будет применить к шаговым двигателям?
Сможем ли мы достичь производительности, сравнимой с сервомоторами, при этом сохранив экономические преимущества шаговых двигателей?
Благодаря сочетанию технологии управления с обратной связью, шаговый двигатель станет универсальным продуктом, сочетающим в себе преимущества как серводвигателей, так и шаговых двигателей, при этом имея низкую стоимость. Поскольку шаговые двигатели с обратной связью обеспечивают значительное улучшение производительности и энергоэффективности, они могут заменить более дорогие серводвигатели во всё большем числе высокотехнологичных применений.
Ниже приведён пример интегрированного шагового двигателя VIC со встроенной системой управления с обратной связью, иллюстрирующий характеристики, преимущества и недостатки шаговых двигателей с технологией управления с обратной связью.
Точное соответствие требованиям к производительности.
Для обеспечения достаточного крутящего момента для преодоления помех и предотвращения потери шагов, шаговые двигатели с разомкнутым контуром управления обычно должны обеспечивать крутящий момент как минимум на 40% выше значения, требуемого в конкретном приложении. Шаговые двигатели с замкнутым контуром управления такой проблемы не имеют. При заклинивании этих шаговых двигателей из-за перегрузки они продолжают удерживать нагрузку, не теряя крутящего момента. Они продолжают работать и после устранения перегрузки. Максимальный крутящий момент может быть гарантирован при любой заданной скорости, а датчик положения обеспечивает отсутствие потери шагов. Таким образом, шаговые двигатели с замкнутым контуром управления могут быть точно настроены в соответствии с требованиями к крутящему моменту соответствующего приложения без необходимости дополнительного 40% запаса.
В случае шаговых двигателей с разомкнутым контуром управления сложно обеспечить высокие требования к мгновенному крутящему моменту из-за риска потери шагов. По сравнению с обычными шаговыми двигателями, шаговые двигатели с замкнутым контуром управления VIC обеспечивают очень быстрое ускорение, низкий уровень рабочего шума и низкий резонанс. Они могут работать в гораздо более широком диапазоне частот и демонстрировать превосходные характеристики.
Нет шкафа
Компания Toda интегрирует плату управления приводом с двигателем, уменьшая количество проводов и упрощая решение для внедрения. 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 в себе характеристики серводвигателя и низкую стоимость шагового двигателя. Более дешевые шаговые двигатели постепенно проникают в области применения, где в противном случае доминировали бы дорогостоящие серводвигатели.
Дата публикации: 10 апреля 2023 г.