Затворен контурстъпкови двигателипромениха съотношението производителност-цена в много приложения за управление на движението. Успехът на прогресивните двигатели със затворен контур VIC също така отвори възможността за замяна на скъпите серво двигатели с евтинистъпкови двигателиВъв все по-голям брой висококачествени приложения за индустриална автоматизация, технологичният напредък променя съотношението производителност-цена между стъпковите двигатели и серво двигателите.
Стъпкови двигатели срещу серво двигатели
Според общоприетото схващане, серво системите за управление се представят по-добре в приложения, където са необходими скорости над 800 об/мин и висока динамика. Стъпковите двигатели са по-подходящи за приложения с по-ниски скорости, ниско до средно ускорение и висок задържащ въртящ момент.
И така, на какво се основава това общоприето схващане за стъпковите двигатели и серво двигателите? Нека го анализираме по-подробно по-долу.
1. Простота и цена
Стъпковите двигатели са не само по-евтини от серво двигателите, но и са по-лесни за въвеждане в експлоатация и поддръжка. Стъпковите двигатели са стабилни в покой и задържат позицията си (дори при динамични натоварвания). Ако обаче е необходима по-висока производителност за определени приложения, трябва да се използват по-скъпи и сложни серво двигатели.
2. Структура
Стъпкови двигателивъртят се стъпково, използвайки магнитни намотки, за да преместят постепенно магнит от една позиция в следващата. За да се премести двигателят със 100 позиции във всяка посока, веригата изисква 100 стъпкови операции, които да бъдат изпълнени върху двигателя. Стъпковите двигатели използват импулси за постигане на постепенни движения, което позволява прецизно позициониране без използването на сензори за обратна връзка.
Методът на движение на серво мотора е различен. Той свързва сензор за позиция - т.е. енкодер - към магнитния ротор и непрекъснато отчита точната позиция на мотора. Серво моторът следи разликата между действителната позиция на мотора и зададената позиция и съответно регулира тока. Тази система със затворен контур поддържа мотора в правилно състояние на движение.
3. Скорост и въртящ момент
Разликата в производителността между стъпковите и серво двигателите произтича от различните им решения за проектиране на двигатели.Стъпкови двигателиимат много по-голям брой полюси от серводвигателите, така че пълното завъртане на стъпков двигател изисква много повече обмени на ток в намотките, което води до бърз спад на въртящия момент при нарастващи скорости. Освен това, ако се достигне максималният въртящ момент, стъпковият двигател може да загуби функцията си за синхронизация на скоростта. Поради тези причини серводвигателите са предпочитаното решение в повечето високоскоростни приложения. За разлика от това, по-големият брой полюси на стъпковия двигател е предимство при по-ниски скорости, когато стъпковият двигател има предимство по отношение на въртящия момент пред серводвигател със същия размер.
С увеличаване на скоростта, въртящият момент на стъпковия двигател намалява
4. Позициониране
Съществуват важни разлики между стъпковите двигатели и серво двигателите в приложения, където точната позиция на машината трябва да бъде известна по всяко време. В приложения с отворен контур за движение, управлявани от стъпкови двигатели, системата за управление приема, че двигателят винаги е в правилно състояние на движение. След като обаче възникне проблем, като например блокиран двигател поради заседнал компонент, контролерът не е в състояние да знае действителната позиция на машината, което може да доведе до загуба на позиция. Системата със затворен контур на самия серво двигател има предимство: ако бъде заседнал от предмет, той ще го открие незабавно. Машината ще спре да работи и никога няма да бъде извън позиция.
5. Консумация на топлина и енергия
Стъпковите двигатели с отворен контур използват фиксиран ток и отделят много топлина. Управлението със затворен контур осигурява само тока, необходим за контура на скоростта, и по този начин избягва проблема с нагряването на двигателя.
Обобщение на сравнението
Системите за серво управление са най-подходящи за високоскоростни приложения, включващи динамични промени в натоварването, като например роботизирани ръце. Системите за стъпково управление, от друга страна, са по-подходящи за приложения, изискващи ниско до средно ускорение и висок въртящ момент на задържане, като например 3D принтери, конвейери, подоси и др. Тъй като стъпковите двигатели са по-евтини, те могат да намалят цената на системите за автоматизация, когато се използват. Системите за управление на движението, които трябва да се възползват от характеристиките на серво двигателите, ще трябва да докажат, че тези по-скъпи двигатели си заслужават теглото в злато.
Стъпкови двигатели със затворен контур на управление
Стъпковият двигател с интегрирано електронно управление е еквивалент на двуфазен безчетков DC двигател и може да изпълнява управление на позицията, управление на скоростта, DQ управление и други алгоритми. За комутация в затворен контур се използва еднооборотен абсолютен енкодер, като по този начин се осигурява оптимален въртящ момент при всяка скорост.
Ниска консумация на енергия и запазване на хладно
Стъпковите двигатели VIC са високо енергийно ефективни. За разлика от стъпковите двигатели с отворен контур, които винаги работят с пълна команда за ток и причиняват проблеми с топлината и шума, токът се променя в зависимост от действителните условия на движение, например по време на ускорение и забавяне. Подобно на сервомоторите, токът, консумиран от тези стъпкови двигатели във всеки даден момент, е пропорционален на действително необходимия въртящ момент. Тъй като двигателят и интегрираната електронна платка за управление работят по-ниско, стъпковите двигатели VIC могат да постигнат по-високи пикови въртящи моменти, сравними със сервомоторите.
Дори при високи скорости, стъпковите двигатели VIC изискват по-малко ток
Благодарение на напредъка в технологията със затворен контур, стъпковите двигатели са способни да проникнат във високопроизводителни, високоскоростни приложения, които преди са били изключително достъпни за серво двигатели.
Стъпкови двигатели със затворена технология
Ами ако предимствата на серво технологията със затворен контур могат да се приложат към стъпкови двигатели?
Можем ли да постигнем сравнима производителност със серво моторите, като същевременно реализираме ценовите предимства на стъпковите мотори?
Чрез комбиниране на технологията за управление със затворен контур, стъпковият двигател би се превърнал в цялостен продукт с предимствата както на серво, така и на стъпкови двигатели на ниска цена. Тъй като стъпковите двигатели със затворен контур предлагат значителни подобрения в производителността и енергийната ефективност, те могат да заменят по-скъпите серво двигатели във все по-голям брой приложения с високи стандарти.
Следва пример за интегриран стъпков двигател VIC с вградено управление със затворен контур, за да се обяснят производителността и предимствата и недостатъците на стъпковите двигатели с технология със затворен контур.
Прецизно съобразени изисквания за производителност
За да се осигури достатъчен въртящ момент за преодоляване на смущения и избягване на загуба на стъпки, стъпковите двигатели с отворен контур обикновено трябва да гарантират, че въртящият момент е поне с 40% по-висок от стойността, изисквана от приложението. Стъпковите двигатели със затворен контур Toda нямат този проблем. Когато тези стъпкови двигатели спрат поради претоварване, те ще продължат да задържат товара, без да губят въртящ момент. Те ще продължат да работят и след отстраняване на условието за претоварване. Максималният въртящ момент може да бъде гарантиран при всяка дадена скорост, а сензорът за положение гарантира, че няма загуба на стъпка. Следователно стъпковите двигатели със затворен контур могат да бъдат специфицирани така, че да отговарят точно на изискванията за въртящ момент на съответното приложение, без да е необходим допълнителен марж от 40%.
При стъпковите двигатели с отворен контур е трудно да се постигнат високи изисквания за моментен въртящ момент поради риска от загуба на стъпки. В сравнение с конвенционалните стъпкови двигатели, стъпковите двигатели със затворен контур VIC могат да постигнат много бързо ускорение, нисък работен шум и нисък резонанс. Те могат да работят с много по-висока честотна лента и да постигат отлична производителност.
Без шкаф
Toda интегрира платката за управление на задвижването с двигателя, намалявайки количеството окабеляване и опростявайки решението за внедряване. С Toda можете да изграждате машини без шкафове.
Интегрирането на електроника със стъпкови двигатели намалява сложността
С технологията със затворен контур, стъпковите двигатели със затворен контур предлагат на потребителите отлична точност и ефективност, с производителността на серво мотор и ниската цена на стъпков мотор. По-евтините стъпкови двигатели постепенно навлизат в приложения, които иначе биха били доминирани от скъпи серво мотори.
Време на публикуване: 10 април 2023 г.