Закрытые шаговые двигатели могут быть лучшим выбором для задач, обычно выполняемых сервоприводами, потому что традиционные шаги не могли справиться с ними.

Одним из наиболее важных решений, которые инженеры могут принимать при разработке любого типа процесса управления движением, является выбор двигателя. Получение правильного двигателя, как с точки зрения типа, так и размера, необходимо для эффективности работы конечной машины. Кроме того, обеспечение того, чтобы мотор не нарушил бюджет, всегда является основной проблемой.

Один из первых вопросов, на которые нужно ответить при принятии решения: какой тип двигателя будет лучше? Требует ли приложение высокопроизводительный сервопривод? Будет ли лучше дешевый шаг? Или, может быть, есть третий вариант по дороге в середине дороги?

Ответы начинаются с потребностей конкретного приложения. Существует много факторов, которые нужно решить, прежде чем определить тип двигателя, который был бы идеальным для любого данного приложения.

Требования

Сколько циклов в минуту нужно сделать мотору? Сколько нужен крутящий момент? Какова требуется пиковая скорость?

Эти критические вопросы не могут быть решены, просто выбрав мотор с данной мощностью.

Выход мощности двигателя представляет собой комбинацию крутящего момента и скорости, которая может быть рассчитана путем умножения скорости, крутящего момента и постоянной.

Однако из -за характера этого расчета существует множество различных комбинаций крутящего момента и скорости, которые дадут конкретную выходную мощность. Таким образом, различные двигатели с одинаковыми рейтингами мощности могут работать по -разному из -за комбинации скорости и крутящего момента, которую они предлагают.

Инженеры должны знать, насколько быстро необходимо нагрузка определенного размера, прежде чем уверенно выбирать мотор, который будет работать лучше всего. Выполненная работа также должна попасть под кривую крутящего момента/скорости двигателя. Эта кривая показывает, как крутящий момент двигателя варьируется во время работы. Используя допущения «наихудший» (другими словами, определение максимального/минимального количества крутящего момента и скорости, которую потребуется задание), инженеры могут быть уверены, что выбранный двигатель имеет достаточную кривую крутящего момента/скорости.

Инерция нагрузки является еще одним фактором, который следует учитывать, прежде чем погрузиться в процесс принятия решений по выбору двигателя. Должно быть рассчитано отношение инерции, которое представляет собой сравнение между инерцией нагрузки и инерцией двигателя. Одно из них правило говорит, что если инерция нагрузки превышает в 10 раз больше, чем ротор, то настройка двигателя может быть более сложной, а производительность может пострадать. Но это правило варьируется не только от технологий к технологии, но и от поставщика до поставщика и даже продукта до продукта. Насколько критическое приложение также повлияет на это решение. Некоторые продукты обрабатывают до 30 к 1, в то время как прямые диски работают до 200 к 1. Многим не нравится размеры мотор, который превышает соотношение 10 к 1.

Наконец, существуют ли физические ограничения, которые ограничивают один определенный двигатель над другим. Двигатели бывают разных форм и размеров. В некоторых случаях двигатели большие и громоздкие, и есть определенные операции, которые не могут разместить мотор определенного размера. Прежде чем информированное решение может быть принято на лучшем типе двигателя, эти физические спецификации должны быть распознаны и поняты.

После того, как инженеры отвечают на все эти вопросы - скорость, крутящий момент, мощность, нагрузка инерция и физические ограничения, - они могут привести к мощности наиболее эффективного размера. Однако процесс принятия решений на этом не останавливается. Инженеры также должны выяснить, какой тип двигателя лучше всего подходит для применения. В течение многих лет выбор типа сводил к одному из двух вариантов для большинства приложений: сервопривод или шаговый двигатель с открытым контуром.

Сервуары и Степперс

Принципы эксплуатации для сервоприводов и шаговых двигателей с открытым контуром похожи. Тем не менее, между ними существуют ключевые различия, которые инженеры должны понять, прежде чем решить, какой двигатель идеально подходит для данного применения.

В традиционных сервоприводах контроллер отправляет команды на привод двигателя через импульс и направление или аналоговую команду, связанную с положением, скоростью или крутящим моментом. Некоторые элементы управления могут использовать метод на основе шины, который в новейших элементах управления, как правило, является методом связи на основе Ethernet. Затем привод отправляет соответствующий ток на каждую фазу двигателя. Обратная связь двигателя обратно к приводу двигателя и, при необходимости, контроллер. Диск опирается на эту информацию для правильного поездок на двигатель и отправки хорошей информации о динамическом положении вала двигателя. Таким образом, сервоприводы считаются двигателями с замкнутым контуром и содержат встроенные энкодеры, а позиционные данные часто подаются на контроллер. Эта обратная связь дает контроллеру больше контроля над двигателем. Контроллер может внести коррективы к операциям, в различной степени, если что -то не работает так, как должно быть. Этот тип важнейшей информации является преимуществом с открытым контуром шаговых двигателей.

Stepper Motors также работают на командах, отправленных на привод двигателя, для диктунга перемещения расстояния и скорости. Как правило, этот сигнал является командой пошаговых и направлений. Тем не менее, Steppers с открытой петлей не могут предоставить обратную связь операторам, поэтому их управление не может должным образом оценить ситуацию и вносить коррективы для улучшения работы двигателя.

Например, если крутящий момент двигателя недостаточно для обработки нагрузки, двигатель может задержать или пропустить определенные шаги. Когда это произойдет, целевая позиция не будет поражена. Имея в виду характеристики с открытой петлей шагового двигателя, это неточное позиционирование не будет адекватно передано обратно на контроллер, поэтому оно может внести коррективы.

У сервопривода, похоже, есть четкие преимущества с точки зрения эффективности и производительности, так почему кто -то выбирает шаговый двигатель? Есть несколько причин. Наиболее распространенным является цена; Операционные бюджеты являются важными соображениями при принятии какого -либо дизайнерского решения. По мере сокращения бюджетов необходимо принимать решения о сокращении ненужных затрат. Это не только относится к стоимости самого двигателя, но и обычное обслуживание и аварийное обслуживание, как правило, дешевле для шаговых двигателей, а не сервоприводов. Таким образом, если преимуществ сервопривода не оправдывает его затраты, может быть достаточно стандартного шагового двигателя.

С чисто эксплуатационной точки зрения, шаговые двигатели заметно проще в использовании, чем стандартные сервоприводы. Управление шагового двигателя намного проще понять и проще настройки. Большинство сотрудников согласятся с тем, что если нет причин для чрезмерного соответствия операций, сохраняйте простые вещи.

Преимущества, предлагаемые двумя разными типами двигателя, очень разные. Сервомоты идеальны, если вам нужен мотор со скоростью более 3000 об / мин и высоким крутящим моментом. Тем не менее, для приложения, которое требует только скоростей в нескольких сотнях оборотов в минуту или меньше, сервопривод не всегда является лучшим выбором. Сервомоты могут быть чрезмерными для низкоскоростных применений.

Низкоскоростные приложения-это то, где шаговые двигатели сияют как наилучшее решение. Шатовые двигатели не только повторяются, когда дело доходит до остановки, но также предназначено для работы на низкой скорости, обеспечивая высокий крутящий момент. По самой природе этого дизайна, шаговые двигатели можно контролировать и подчеркнуть до предела скорости. Предел скорости типичных шаговых двигателей обычно составляет менее 1000 об / мин, тогда как сервоприводы могут иметь оценку скорости до 3000 об / мин и выше - иногда даже превышает 7000 об / мин.

Если шаг имеет правильный размер, это может быть идеальным выбором. Однако, когда шаговый двигатель работает на конфигурации с открытой петлей, и что-то идет не так, операторы могут не получить все данные, необходимые для решения проблемы.

Решение проблемы с открытой петлей

За последние несколько десятилетий было предложено несколько различных подходов, чтобы решить традиционные проблемы с шагами с открытым контуром. Домашняя мотор до датчика при включении питания или даже несколько раз во время применения было одним из методов. Хотя это просто, это замедляет работу и не отражает проблемы, возникающие в ходе обычных рабочих процессов.

Добавление обратной связи, чтобы определить, остановится ли двигатель или вне позиции, является еще одним подходом. Инженеры в компаниях управления движением создали функции «обнаружение киоска» и «обслуживание положения». Было даже несколько подходов, которые пошли еще дальше, которые относятся к шаговым двигателям так же как сервопривод или, по крайней мере, имитируют их с помощью причудливых алгоритмов.

В Большом спектре двигателей-между сервоприводами и шаговыми двигателями с открытым контуром-лишает несколько новую технологию, известную как шаговый двигатель с закрытым контуром. Это лучший и самый сознательный способ решения для решения проблемы приложений, которые требуют позиционной точности и низких скоростей. Применяя устройства обратной связи с высоким разрешением для закрытия петли, инженеры могут насладиться «лучшими из обоих миров».

Шаповые двигатели с замкнутым контуром предлагают все преимущества шаговых двигателей: простота использования, простота и способность постоянно работать на низких скоростях с точной остановкой. Кроме того, они по -прежнему предлагают возможности Servo Motors обратной связи. К счастью, он не должен прийти с крупнейшим недостатком сервопривода: больший ценник.

Ключ всегда был на пути работы с открытым контуром шаговых двигателей. Обычно у них есть две катушки, иногда пять, с магнитным балансирующим актом, происходящим между ними. Движение нарушает этот баланс, в результате чего вал двигателя отстает от электрической точки зрения, но оператор не может знать, как далеко его падает. Точка остановки повторяется для шагов с открытой петлей, но не для всех нагрузок. Помещение энкодера на шаг и сделать его закрытым циклом обеспечивает некоторое динамическое управление. Это позволяет операторам останавливаться на точном месте под различными нагрузками.

Эти выгоды от использования шаговых двигателей с закрытым контуром для определенных приложений резко увеличили популярность этих двигателей в сообществе контроля движения. В частности, в двух из более известных отраслей, полупроводников и производителей медицинских устройств, наблюдается четкое увеличение использования шаговых двигателей с замкнутым контуром. Инженеры в этих отраслях должны точно знать, где двигатели имеют нагрузки или приводы, независимо от того, питает ли они ремень или шаровой винт. Обратная связь с замкнутым контуром в этих шагах дает им точно знать, где она находится. Эти ступени также могут обеспечить лучшую производительность, чем сервоприводы на более низких скоростях.

Как правило, любое приложение, которое требует гарантированной производительности по более низкой стоимости, чем сервопривод, и возможность работать на относительно низких скоростях, является хорошим кандидатом на шаговые двигатели с закрытым контуром.

Имейте в виду, что операторы должны обеспечить, чтобы диск или управление поддерживали шаговые двигатели с закрытым контуром. Исторически вы можете получить шаг с кодером на задней панели, но этот диск был стандартным шагом и не поддерживал энкодеры. Кодер должен был быть возвращен к контроллеру, и проверка позиции должна быть реализована в конце данного хода. Это не требуется для новых шаговых дисков с закрытым контуром. Кратковые диски с замкнутым контуром могут динамически и автоматически обрабатывать управление положением и скоростью без участия контроллеров.