Замкнутий циклкрокові двигунизмінили співвідношення продуктивності та вартості в багатьох застосуваннях керування рухом. Успіх прогресивних двигунів із замкнутим контуром VIC також відкрив можливість заміни дорогих серводвигунів недорогими.крокові двигуниУ зростаючій кількості високоякісних застосувань промислової автоматизації технологічний прогрес змінює співвідношення продуктивності та вартості між кроковими двигунами та серводвигунами.
Крокові двигуни проти серводвигунів
Згідно з загальноприйнятою думкою, системи сервокерування краще працюють у випадках, коли потрібні швидкості понад 800 об/хв та висока динамічна характеристика. Крокові двигуни більше підходять для застосувань з нижчими швидкостями, низьким та середнім прискоренням та високим крутним моментом.
Отже, що лежить в основі цієї загальноприйнятої думки про крокові двигуни та серводвигуни? Давайте розглянемо її детальніше нижче.
1. Простота та вартість
Крокові двигуни не тільки дешевші за серводвигуни, але й простіші в налаштуванні та обслуговуванні. Крокові двигуни стабільні в стані простою та утримують своє положення (навіть при динамічних навантаженнях). Однак, якщо для певних застосувань потрібна вища продуктивність, необхідно використовувати дорожчі та складніші серводвигуни.
2. Структура
Крокові двигуниобертаються ступінчасто, використовуючи магнітні котушки для поступового переміщення магніту з одного положення в інше. Щоб перемістити двигун на 100 позицій у будь-якому напрямку, схема вимагає 100 крокових операцій. Крокові двигуни використовують імпульси для досягнення поступових рухів, що дозволяє точно позиціонувати без використання будь-яких датчиків зворотного зв'язку.
Спосіб руху серводвигуна відрізняється. Він підключає датчик положення, тобто енкодер, до магнітного ротора та постійно визначає точне положення двигуна. Сервопривід контролює різницю між фактичним положенням двигуна та заданим положенням і відповідно регулює струм. Ця замкнута система підтримує двигун у правильному стані руху.
3. Швидкість і крутний момент
Різниця в продуктивності між кроковими та серводвигунами пов'язана з різними конструктивними рішеннями їхніх двигунів.Крокові двигунимають набагато більшу кількість полюсів, ніж серводвигуни, тому повний оберт крокового двигуна вимагає набагато більшої кількості обмінів струмом обмотки, що призводить до швидкого падіння крутного моменту зі зростанням швидкостей. Крім того, якщо досягнуто максимального крутного моменту, кроковий двигун може втратити свою функцію синхронізації швидкості. З цих причин серводвигуни є кращим рішенням у більшості високошвидкісних застосувань. Навпаки, більша кількість полюсів крокового двигуна є вигідною на нижчих швидкостях, коли кроковий двигун має перевагу в крутному моменті над серводвигуном того ж розміру.
Зі збільшенням швидкості крутний момент крокового двигуна зменшується
4. Позиціонування
Існують важливі відмінності між кроковими двигунами та серводвигунами в застосуваннях, де точне положення машини має бути відомо постійно. У системах руху з розімкнутим циклом, керованих кроковими двигунами, система керування припускає, що двигун завжди знаходиться в правильному стані руху. Однак, після виникнення проблеми, такої як зупинка двигуна через застрягання компонента, контролер не може знати фактичне положення машини, що може призвести до втрати положення. Система із замкнутим циклом серводвигуна має перевагу: якщо його заклинить якийсь предмет, вона негайно це виявить. Машина зупиниться і ніколи не вийде з положення.
5. Споживання тепла та енергії
Крокові двигуни з розімкнутим контуром використовують фіксований струм і виділяють багато тепла. Керування із замкнутим контуром забезпечує лише струм, необхідний для контуру швидкості, і тому уникає проблеми нагрівання двигуна.
Порівняльний підсумок
Системи сервокерування найкраще підходять для високошвидкісних застосувань, пов'язаних з динамічними змінами навантаження, таких як роботизовані маніпулятори. Системи крокового керування, з іншого боку, більше підходять для застосувань, що потребують низького або середнього прискорення та високого крутного моменту, таких як 3D-принтери, конвеєри, підосі тощо. Оскільки крокові двигуни дешевші, вони можуть знизити вартість систем автоматизації під час їх використання. Системи керування рухом, яким необхідно використовувати характеристики серводвигунів, повинні довести, що ці дорожчі двигуни варті своєї ваги золота.
Крокові двигуни із замкнутим контуром керування
Кроковий двигун з інтегрованим електронним керуванням є еквівалентом двофазного безщіткового двигуна постійного струму та може виконувати керування контуром положення, керування контуром швидкості, керування DQ та інші алгоритми. Для комутації із замкнутим контуром використовується однооборотний абсолютний енкодер, що забезпечує оптимальний крутний момент на будь-якій швидкості.
Низьке енергоспоживання та збереження прохолоди
Крокові двигуни VIC є дуже енергоефективними. На відміну від крокових двигунів з розімкнутим контуром, які завжди працюють з повним струмом та спричиняють проблеми з нагріванням та шумом, струм змінюється відповідно до фактичних умов руху, наприклад, під час розгону та уповільнення. Подібно до сервоприводів, струм, що споживається цими кроковими двигунами в будь-який момент, пропорційний фактично необхідному крутному моменту. Оскільки двигун та інтегрована електронна плата керування працюють з низьким рівнем охолодження, крокові двигуни VIC можуть досягати вищих пікових крутних моментів, порівняно з серводвигунами.
Навіть на високих швидкостях крокові двигуни VIC споживають менше струму
Завдяки досягненням у технології замкнутого циклу, крокові двигуни здатні проникати у високопродуктивні та високошвидкісні застосування, які раніше належали виключно серводвигунам.
Крокові двигуни із замкнутою технологією
Що, якби переваги сервотехнології із замкнутим циклом можна було б застосувати до крокових двигунів?
Чи можемо ми досягти порівнянної продуктивності із серводвигунами, водночас реалізуючи економічні переваги крокових двигунів?
Завдяки поєднанню технології керування із замкнутим циклом, кроковий двигун стане комплексним продуктом з перевагами як серводвигунів, так і крокових двигунів за низькою ціною. Оскільки крокові двигуни із замкнутим циклом пропонують значні покращення продуктивності та енергоефективності, вони можуть замінити дорожчі серводвигуни у зростаючій кількості високоякісних застосувань.
Нижче наведено приклад інтегрованого крокового двигуна VIC із вбудованим керуванням із замкнутим циклом, щоб пояснити продуктивність, переваги та недоліки крокових двигунів із технологією замкнутого циклу.
Точно узгоджені вимоги до продуктивності
Щоб забезпечити достатній крутний момент для подолання перешкод та уникнення втрати кроків, крокові двигуни з розімкнутим циклом зазвичай повинні гарантувати, що крутний момент щонайменше на 40% перевищує значення, необхідне для застосування. Крокові двигуни із замкнутим циклом Toda не мають цієї проблеми. Коли ці крокові двигуни зупиняються через перевантаження, вони продовжуватимуть утримувати навантаження без втрати крутного моменту. Вони продовжуватимуть працювати після усунення умови перевантаження. Максимальний крутний момент може бути гарантований на будь-якій заданій швидкості, а датчик положення гарантує відсутність втрати кроку. Таким чином, крокові двигуни із замкнутим циклом можуть бути специфіковані таким чином, щоб точно відповідати вимогам до крутного моменту відповідного застосування без необхідності додаткового запасу в 40%.
З кроковими двигунами з розімкнутим циклом важко задовольнити високі вимоги до миттєвого крутного моменту через ризик втрати кроків. Порівняно зі звичайними кроковими двигунами, крокові двигуни з замкнутим циклом VIC можуть досягати дуже швидкого прискорення, низького робочого шуму та низького резонансу. Вони можуть працювати з набагато ширшою пропускною здатністю та досягати чудової продуктивності.
Без шафи
Toda інтегрує плату керування приводом з двигуном, зменшуючи кількість проводів та спрощуючи впровадження. За допомогою Toda ви можете створювати машини без шаф.
Інтеграція електроніки з кроковими двигунами зменшує складність
Завдяки технології замкнутого циклу, крокові двигуни із замкнутим циклом пропонують користувачам чудову точність та ефективність, з продуктивністю серводвигуна та низькою вартістю крокового двигуна. Дешевші крокові двигуни поступово проникають у застосування, де в іншому випадку домінували б дорогі серводвигуни.
Час публікації: 10 квітня 2023 р.