Uzavretá slučkakrokové motoryzmenili pomer výkonu a nákladov v mnohých aplikáciách riadenia pohybu. Úspech progresívnych motorov s uzavretou slučkou VIC tiež otvoril možnosť nahradenia drahých servomotorov lacnejšími.krokové motoryV rastúcom počte vysoko kvalitných aplikácií priemyselnej automatizácie technologický pokrok mení pomer výkonu a nákladov medzi krokovými motormi a servomotormi.
Krokové motory verzus servomotory
Podľa všeobecného názoru servoriadiace systémy dosahujú lepší výkon v aplikáciách, kde sú potrebné otáčky nad 800 ot./min. a vysoká dynamická odozva. Krokové motory sú vhodnejšie pre aplikácie s nižšími otáčkami, nízkym až stredným zrýchlením a vysokým prídržným momentom.
Aký je teda základ pre túto zaužívanú múdrosť o krokových motoroch a servomotoroch? Poďme si to podrobnejšie analyzovať nižšie.
1. Jednoduchosť a náklady
Krokové motory sú nielen lacnejšie ako servomotory, ale aj jednoduchšie na uvedenie do prevádzky a údržbu. Krokové motory sú v pokoji stabilné a držia si svoju polohu (aj pri dynamickom zaťažení). Ak je však pre určité aplikácie potrebný vyšší výkon, musia sa použiť drahšie a zložitejšie servomotory.
2. Štruktúra
Krokové motoryotáčajú sa krokovo pomocou magnetických cievok, ktoré postupne posúvajú magnet z jednej polohy do druhej. Na posunutie motora o 100 polôh v ľubovoľnom smere obvod vyžaduje vykonanie 100 krokových operácií na motore. Krokové motory používajú impulzy na dosiahnutie prírastkových pohybov, čo umožňuje presné polohovanie bez použitia akýchkoľvek spätnoväzobných senzorov.
Spôsob pohybu servomotora je odlišný. S magnetickým rotorom je pripojený snímač polohy – t. j. enkodér – a ten nepretržite detekuje presnú polohu motora. Servo monitoruje rozdiel medzi skutočnou polohou motora a zadanou polohou a podľa toho upravuje prúd. Tento systém s uzavretou slučkou udržiava motor v správnom stave pohybu.
3. Rýchlosť a krútiaci moment
Rozdiel vo výkone medzi krokovými a servomotormi pramení z ich odlišných konštrukčných riešení.Krokové motorymajú oveľa väčší počet pólov ako servomotory, takže plná otáčka krokového motora vyžaduje oveľa viac výmen prúdu vinutia, čo vedie k rýchlemu poklesu krútiaceho momentu pri zvyšujúcich sa rýchlostiach. Okrem toho, ak sa dosiahne maximálny krútiaci moment, krokový motor môže stratiť svoju funkciu synchronizácie rýchlosti. Z týchto dôvodov sú servomotory preferovaným riešením vo väčšine vysokorýchlostných aplikácií. Naproti tomu vyšší počet pólov krokového motora je výhodný pri nižších rýchlostiach, keď má krokový motor výhodu v krútiacom momente oproti servomotoru rovnakej veľkosti.
S rastúcou rýchlosťou sa krútiaci moment krokového motora znižuje
4. Umiestnenie
Medzi krokovými motormi a servomotormi existujú dôležité rozdiely v aplikáciách, kde je potrebné neustále poznať presnú polohu stroja. V aplikáciách s otvorenou slučkou pohybu riadených krokovými motormi riadiaci systém predpokladá, že motor je vždy v správnom stave pohybu. Avšak po výskyte problému, ako je napríklad zablokovaný motor v dôsledku zaseknutého komponentu, riadiaca jednotka nedokáže poznať skutočnú polohu stroja, čo môže viesť k strate polohy. Systém s uzavretou slučkou samotného servomotora má výhodu: ak ho zasekne nejaký predmet, okamžite to zistí. Stroj prestane fungovať a nikdy nebude mimo svojej polohy.
5. Spotreba tepla a energie
Krokové motory s otvorenou slučkou používajú fixný prúd a uvoľňujú veľa tepla. Riadenie s uzavretou slučkou poskytuje iba prúd potrebný pre rýchlostnú slučku, a preto sa vyhýba problému s ohrevom motora.
Súhrn porovnania
Servoriadiace systémy sú najvhodnejšie pre vysokorýchlostné aplikácie zahŕňajúce dynamické zmeny zaťaženia, ako sú napríklad robotické ramená. Krokové riadiace systémy sú naopak vhodnejšie pre aplikácie vyžadujúce nízke až stredné zrýchlenie a vysoký prídržný moment, ako sú 3D tlačiarne, dopravníky, pomocné osi atď. Keďže krokové motory sú lacnejšie, môžu pri použití znížiť náklady na automatizačné systémy. Systémy riadenia pohybu, ktoré potrebujú využiť vlastnosti servomotorov, budú musieť dokázať, že tieto drahšie motory majú cenu zlata.
Krokové motory s riadením v uzavretej slučke
Krokový motor s integrovaným elektronickým riadením je ekvivalentom dvojfázového bezkefkového jednosmerného motora a dokáže vykonávať riadenie polohovej slučky, riadenie rýchlostnej slučky, riadenie DQ a ďalšie algoritmy. Na komutáciu v uzavretej slučke sa používa jednootáčkový absolútny enkodér, čím sa zabezpečuje optimálny krútiaci moment pri akejkoľvek rýchlosti.
Nízka spotreba energie a udržiavanie chladu
Krokové motory VIC sú vysoko energeticky úsporné. Na rozdiel od krokových motorov s otvorenou slučkou, ktoré vždy pracujú s plným prúdovým regulátorom a spôsobujú problémy s teplom a hlukom, prúd sa mení podľa skutočných podmienok pohybu, napríklad počas zrýchľovania a spomaľovania. Podobne ako pri servomechanizmoch je prúd spotrebovaný týmito krokovými motormi v danom okamihu úmerný skutočnému požadovanému krútiacemu momentu. Pretože motor a integrovaná elektronická riadiaca doska sa chladia, krokové motory VIC dokážu dosiahnuť vyššie špičkové krútiace momenty porovnateľné so servomotormi.
Aj pri vysokých rýchlostiach potrebujú krokové motory VIC menší prúd
Vďaka pokroku v technológii uzavretej slučky sú krokové motory schopné preniknúť do vysokovýkonných a vysokorýchlostných aplikácií, ktoré predtým patrili výlučne servomotorom.
Krokové motory s technológiou uzavretej slučky
Čo keby sa výhody servotechnológie s uzavretou slučkou dali aplikovať na krokové motory?
Mohli by sme dosiahnuť porovnateľný výkon so servomotormi a zároveň si uvedomiť cenové výhody krokových motorov?
Kombináciou technológie riadenia v uzavretej slučke by sa krokový motor stal komplexným produktom s výhodami servomotorov aj krokových motorov za nízku cenu. Keďže krokové motory v uzavretej slučke ponúkajú výrazné zlepšenia výkonu a energetickej účinnosti, môžu nahradiť drahšie servomotory v čoraz väčšom počte vysoko štandardných aplikácií.
Nasleduje príklad integrovaného krokového motora VIC so zabudovaným riadením v uzavretej slučke, ktorý vysvetľuje výkon a výhody a nevýhody krokových motorov s technológiou uzavretej slučky.
Presne zladené výkonnostné požiadavky
Aby sa zabezpečil dostatočný krútiaci moment na prekonanie rušení a zabránenie strate krokov, krokové motory s otvorenou slučkou zvyčajne potrebujú zabezpečiť, aby krútiaci moment bol aspoň o 40 % vyšší ako hodnota požadovaná aplikáciou. Krokové motory s uzavretou slučkou tento problém nemajú. Keď sa tieto krokové motory zastavia v dôsledku preťaženia, budú naďalej držať záťaž bez straty krútiaceho momentu. Budú pokračovať v prevádzke aj po odstránení stavu preťaženia. Maximálny krútiaci moment je možné zaručiť pri akejkoľvek danej rýchlosti a snímač polohy zabezpečuje, že nedôjde k strate kroku. Krokové motory s uzavretou slučkou je preto možné špecifikovať tak, aby presne zodpovedali požiadavkám na krútiaci moment príslušnej aplikácie bez potreby dodatočnej 40 % rezervy.
Pri krokových motoroch s otvorenou slučkou je ťažké splniť požiadavky na vysoký okamžitý krútiaci moment kvôli riziku straty krokov. V porovnaní s konvenčnými krokovými motormi môžu krokové motory s uzavretou slučkou VIC dosiahnuť veľmi rýchle zrýchlenie, nízky prevádzkový hluk a nízku rezonanciu. Môžu pracovať s oveľa vyššími šírkami pásma a dosahovať vynikajúci výkon.
Bez skrinky
Spoločnosť Toda integruje riadiacu dosku pohonu s motorom, čím sa znižuje množstvo kabeláže a zjednodušuje implementačné riešenie. S platformou Toda môžete zostaviť stroje bez rozvádzačov.
Integrácia elektroniky s krokovými motormi znižuje zložitosť
Vďaka technológii uzavretej slučky ponúkajú krokové motory s uzavretou slučkou používateľom vynikajúcu presnosť a účinnosť s výkonom servomotora a nízkou cenou krokového motora. Lacnejšie krokové motory postupne prenikajú do aplikácií, ktorým by inak dominovali drahé servomotory.
Čas uverejnenia: 10. apríla 2023