Κλειστός βρόχοςβηματικοί κινητήρεςέχουν αλλάξει την αναλογία απόδοσης προς κόστος σε πολλές εφαρμογές ελέγχου κίνησης. Η επιτυχία των προοδευτικών κινητήρων κλειστού βρόχου VIC έχει επίσης ανοίξει την πιθανότητα αντικατάστασης των δαπανηρών σερβοκινητήρων με χαμηλού κόστουςβηματικοί κινητήρεςΣε έναν αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών βιομηχανικού αυτοματισμού υψηλών προδιαγραφών, οι τεχνολογικές εξελίξεις αλλάζουν την αναλογία απόδοσης προς κόστος μεταξύ των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων.
Βηματικοί κινητήρες έναντι σερβοκινητήρων
Σύμφωνα με την συμβατική άποψη, τα συστήματα σερβοελέγχου αποδίδουν καλύτερα σε εφαρμογές όπου απαιτούνται ταχύτητες άνω των 800 σ.α.λ. και υψηλή δυναμική απόκριση. Οι βηματικοί κινητήρες είναι καταλληλότεροι για εφαρμογές με χαμηλότερες ταχύτητες, χαμηλή έως μέτρια επιτάχυνση και υψηλή ροπή συγκράτησης.
Ποια είναι, λοιπόν, η βάση αυτής της συμβατικής άποψης σχετικά με τους βηματικούς κινητήρες και τους σερβοκινητήρες; Ας την αναλύσουμε λεπτομερέστερα παρακάτω.
1. Απλότητα και κόστος
Οι βηματικοί κινητήρες δεν είναι μόνο φθηνότεροι από τους σερβοκινητήρες, αλλά είναι επίσης πιο εύκολοι στη θέση σε λειτουργία και τη συντήρηση. Οι βηματικοί κινητήρες είναι σταθεροί σε ακινησία και διατηρούν τη θέση τους (ακόμα και με δυναμικά φορτία). Ωστόσο, εάν απαιτείται υψηλότερη απόδοση για ορισμένες εφαρμογές, πρέπει να χρησιμοποιηθούν πιο ακριβοί και πολύπλοκοι σερβοκινητήρες.
2. Δομή
Βηματικοί κινητήρεςπεριστρέφονται σταδιακά, χρησιμοποιώντας μαγνητικά πηνία για να τραβήξουν σταδιακά έναν μαγνήτη από τη μία θέση στην επόμενη. Για να μετακινήσετε τον κινητήρα 100 θέσεις προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, το κύκλωμα απαιτεί την εκτέλεση 100 βηματικών λειτουργιών στον κινητήρα. Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούν παλμούς για να επιτύχουν σταδιακές κινήσεις, επιτρέποντας την ακριβή τοποθέτηση χωρίς τη χρήση αισθητήρων ανάδρασης.
Η μέθοδος κίνησης του σερβοκινητήρα είναι διαφορετική. Συνδέει έναν αισθητήρα θέσης - δηλαδή έναν κωδικοποιητή - στον μαγνητικό ρότορα και ανιχνεύει συνεχώς την ακριβή θέση του κινητήρα. Ο σερβοκινητήρας παρακολουθεί τη διαφορά μεταξύ της πραγματικής θέσης του κινητήρα και της θέσης που έχει δοθεί και προσαρμόζει το ρεύμα ανάλογα. Αυτό το σύστημα κλειστού βρόχου διατηρεί τον κινητήρα στη σωστή κατάσταση κίνησης.
3. Ταχύτητα και ροπή
Η διαφορά στην απόδοση μεταξύ των βηματικών και των σερβοκινητήρων πηγάζει από τις διαφορετικές λύσεις σχεδιασμού κινητήρων που προσφέρουν.Βηματικοί κινητήρεςέχουν πολύ μεγαλύτερο αριθμό πόλων από τους σερβοκινητήρες, επομένως μια πλήρης περιστροφή ενός βηματικού κινητήρα απαιτεί πολύ περισσότερες ανταλλαγές ρεύματος περιέλιξης, με αποτέλεσμα την ταχεία πτώση της ροπής σε αυξανόμενες ταχύτητες. Επιπλέον, εάν επιτευχθεί η μέγιστη ροπή, ο βηματικός κινητήρας μπορεί να χάσει τη λειτουργία συγχρονισμού ταχύτητας. Για αυτούς τους λόγους, οι σερβοκινητήρες είναι η προτιμώμενη λύση στις περισσότερες εφαρμογές υψηλής ταχύτητας. Αντίθετα, ο μεγαλύτερος αριθμός πόλων ενός βηματικού κινητήρα είναι πλεονεκτικός σε χαμηλότερες ταχύτητες, όταν ο βηματικός κινητήρας έχει πλεονέκτημα ροπής σε σχέση με έναν σερβοκινητήρα ίδιου μεγέθους.
Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, η ροπή του βηματικού κινητήρα μειώνεται
4. Τοποθέτηση
Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων σε εφαρμογές όπου η ακριβής θέση του μηχανήματος πρέπει να είναι γνωστή ανά πάσα στιγμή. Σε εφαρμογές κίνησης ανοιχτού βρόχου που ελέγχονται από βηματικούς κινητήρες, το σύστημα ελέγχου υποθέτει ότι ο κινητήρας βρίσκεται πάντα στη σωστή κατάσταση κίνησης. Ωστόσο, μετά από ένα πρόβλημα, όπως ένας σταματημένος κινητήρας λόγω ενός κολλημένου εξαρτήματος, ο ελεγκτής δεν μπορεί να γνωρίζει την πραγματική θέση του μηχανήματος, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια θέσης. Το σύστημα κλειστού βρόχου του ίδιου του σερβοκινητήρα έχει ένα πλεονέκτημα: εάν μπλοκαριστεί από ένα αντικείμενο, θα το ανιχνεύσει αμέσως. Το μηχάνημα θα σταματήσει να λειτουργεί και δεν θα βρεθεί ποτέ εκτός θέσης.
5. Κατανάλωση θερμότητας και ενέργειας
Οι βηματικοί κινητήρες ανοιχτού βρόχου χρησιμοποιούν σταθερό ρεύμα και εκπέμπουν πολλή θερμότητα. Ο έλεγχος κλειστού βρόχου παρέχει μόνο το ρεύμα που απαιτείται για τον βρόχο ταχύτητας και επομένως αποφεύγει το πρόβλημα της θέρμανσης του κινητήρα.
Σύνοψη σύγκρισης
Τα συστήματα ελέγχου σερβομηχανισμού είναι τα πλέον κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας που περιλαμβάνουν δυναμικές αλλαγές φορτίου, όπως οι ρομποτικοί βραχίονες. Τα συστήματα ελέγχου βηματικών αξίζουν περισσότερο για εφαρμογές που απαιτούν χαμηλή έως μέτρια επιτάχυνση και υψηλή ροπή συγκράτησης, όπως τρισδιάστατοι εκτυπωτές, μεταφορικοί ιμάντες, υποάξονες κ.λπ. Επειδή οι βηματικοί κινητήρες είναι φθηνότεροι, μπορούν να μειώσουν το κόστος των συστημάτων αυτοματισμού όταν χρησιμοποιούνται. Τα συστήματα ελέγχου κίνησης που πρέπει να εκμεταλλεύονται τα χαρακτηριστικά των σερβοκινητήρων θα πρέπει να αποδείξουν ότι αυτοί οι κινητήρες υψηλότερου κόστους αξίζουν το βάρος τους σε χρυσό.
Βηματικοί κινητήρες με έλεγχο κλειστού βρόχου
Ο βηματικός κινητήρας με ενσωματωμένο ηλεκτρονικό έλεγχο είναι ισοδύναμος με έναν διφασικό κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες και μπορεί να εκτελέσει έλεγχο βρόχου θέσης, έλεγχο βρόχου ταχύτητας, έλεγχο DQ και άλλους αλγόριθμους. Ένας απόλυτος κωδικοποιητής μίας στροφής χρησιμοποιείται για μεταγωγή κλειστού βρόχου, εξασφαλίζοντας έτσι βέλτιστη ροπή σε οποιαδήποτε ταχύτητα.
Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και διατήρηση της θερμοκρασίας
Οι βηματικοί κινητήρες VIC είναι εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτικοί. Σε αντίθεση με τους βηματικούς κινητήρες ανοιχτού βρόχου, οι οποίοι λειτουργούν πάντα με πλήρη εντολή ρεύματος και προκαλούν προβλήματα θερμότητας και θορύβου, το ρεύμα αλλάζει ανάλογα με τις πραγματικές συνθήκες της κίνησης, για παράδειγμα κατά την επιτάχυνση και την επιβράδυνση. Όπως και με τους σερβοκινητήρες, το ρεύμα που καταναλώνεται από αυτούς τους βηματικούς κινητήρες σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή είναι ανάλογο με την πραγματική ροπή που απαιτείται. Επειδή ο κινητήρας και η ενσωματωμένη ηλεκτρονική πλακέτα ελέγχου λειτουργούν πιο ψυχρά, οι βηματικοί κινητήρες VIC μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες μέγιστες ροπές, συγκρίσιμες με τους σερβοκινητήρες.
Ακόμα και σε υψηλές ταχύτητες, οι βηματικοί κινητήρες VIC απαιτούν λιγότερο ρεύμα
Χάρη στις εξελίξεις στην τεχνολογία κλειστού βρόχου, οι βηματικοί κινητήρες είναι σε θέση να διεισδύσουν σε εφαρμογές υψηλής απόδοσης και υψηλής ταχύτητας που προηγουμένως ανήκαν αποκλειστικά σε σερβοκινητήρες.
Βηματικοί κινητήρες με τεχνολογία κλειστού βρόχου
Τι θα γινόταν αν τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας σερβοκινητήρων κλειστού βρόχου μπορούσαν να εφαρμοστούν σε βηματικούς κινητήρες;
Θα μπορούσαμε να επιτύχουμε συγκρίσιμη απόδοση με τους σερβοκινητήρες, αξιοποιώντας παράλληλα τα πλεονεκτήματα κόστους των βηματικών κινητήρων;
Συνδυάζοντας την τεχνολογία ελέγχου κλειστού βρόχου, ο βηματικός κινητήρας θα γίνει ένα ολοκληρωμένο προϊόν με τα πλεονεκτήματα τόσο των σερβοκινητήρων όσο και των βηματικών κινητήρων σε χαμηλό κόστος. Επειδή οι βηματικοί κινητήρες κλειστού βρόχου προσφέρουν σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση και την ενεργειακή απόδοση, μπορούν να αντικαταστήσουν τους ακριβότερους σερβοκινητήρες σε έναν αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών υψηλών προδιαγραφών.
Ακολουθεί ένα παράδειγμα ενσωματωμένου βηματικού κινητήρα VIC με ενσωματωμένο έλεγχο κλειστού βρόχου για να εξηγηθεί η απόδοση και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βηματικών κινητήρων με τεχνολογία κλειστού βρόχου.
Ακριβώς προσαρμοσμένες απαιτήσεις απόδοσης
Προκειμένου να διασφαλιστεί επαρκής ροπή για την υπερνίκηση των διαταραχών και την αποφυγή χαμένων βημάτων, οι βηματικοί κινητήρες ανοιχτού βρόχου συνήθως πρέπει να διασφαλίζουν ότι η ροπή είναι τουλάχιστον 40% υψηλότερη από την τιμή που απαιτείται από την εφαρμογή. Οι βηματικοί κινητήρες κλειστού βρόχου σήμερα δεν αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα. Όταν αυτοί οι βηματικοί κινητήρες σταματήσουν λόγω υπερφόρτωσης, θα συνεχίσουν να συγκρατούν το φορτίο χωρίς να χάσουν ροπή. Θα συνεχίσουν να λειτουργούν μετά την εξάλειψη της κατάστασης υπερφόρτωσης. Η μέγιστη ροπή μπορεί να εγγυηθεί σε οποιαδήποτε δεδομένη ταχύτητα και ο αισθητήρας θέσης διασφαλίζει ότι δεν υπάρχει απώλεια βήματος. Οι βηματικοί κινητήρες κλειστού βρόχου μπορούν επομένως να καθοριστούν ώστε να ταιριάζουν ακριβώς με τις απαιτήσεις ροπής της σχετικής εφαρμογής χωρίς να χρειάζεται επιπλέον περιθώριο 40%.
Με τους βηματικούς κινητήρες ανοιχτού βρόχου, είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν οι υψηλές απαιτήσεις στιγμιαίας ροπής λόγω του κινδύνου απώλειας βημάτων. Σε σύγκριση με τους συμβατικούς βηματικούς κινητήρες, οι βηματικοί κινητήρες κλειστού βρόχου VIC μπορούν να επιτύχουν πολύ γρήγορη επιτάχυνση, χαμηλό λειτουργικό θόρυβο και χαμηλό συντονισμό. Μπορούν να λειτουργούν σε πολύ υψηλότερα εύρη ζώνης και να επιτύχουν εξαιρετική απόδοση.
Χωρίς ντουλάπι
Η Toda ενσωματώνει την πλακέτα ελέγχου κίνησης με τον κινητήρα, μειώνοντας την καλωδίωση και απλοποιώντας την υλοποίηση της λύσης. Με την Toda, μπορείτε να κατασκευάσετε μηχανήματα χωρίς ερμάρια.
Η ενσωμάτωση ηλεκτρονικών με βηματικούς κινητήρες μειώνει την πολυπλοκότητα
Με την τεχνολογία κλειστού βρόχου, οι βηματικοί κινητήρες κλειστού βρόχου προσφέρουν στους χρήστες εξαιρετική ακρίβεια και αποδοτικότητα, με την απόδοση ενός σερβοκινητήρα και το χαμηλό κόστος ενός βηματικού κινητήρα. Οι βηματικοί κινητήρες χαμηλότερου κόστους διεισδύουν σταδιακά σε εφαρμογές που διαφορετικά θα κυριαρχούνταν από σερβοκινητήρες υψηλού κόστους.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Απριλίου 2023