Открыты шаговые двигатели: от основной механики до передовых систем управления

Высоко надежные шаговые двигатели: раскрытие мощности и точности управления движением

Шатовые двигатели часто недооценены по сравнению с сервоприводами, но они предлагают сопоставимую надежность. Эти двигатели синхронизированы именно с импульсными сигналами от контроллеров до драйверов, что позволяет точно управлять позиционированием и управлением скоростью. С высоким низкоскоростным крутящим моментом и минимальной вибрацией они преуспевают в приложениях быстрого расположения коротких дистанций.

Шаговые двигатели: полное руководство по принципам, типам и приложениям

«Шатовые двигатели? Servo Motors должны работать лучше». Это распространенное заблуждение при обсуждении шаговых двигателей. В действительности, Stepper Motors преуспевают в различных приложениях - от передового промышленного оборудования до повседневных автоматизированных инструментов. Эта статья распаковывает, почему они остаются лучшим выбором для систем, управляемых точностью.

В то время как некоторые могут упускать из виду шаговые двигатели, их роль в контроле с высокой точностью имеет ключевую роль в разных отраслях. Они автоматизируют автоматизацию заводов (FA), полупроводниковые/FPD/солнечные панели, оборудование для производства, медицинские устройства, аналитические инструменты, точные этапы, финансовые системы, машины для упаковки пищевых продуктов и даже корректировки апертуры камеры, что обеспечивает их универсальность в требовательной, точной критической среде.

Почему вы используете шаговый мотор?

Простой в использовании: 34%
Недорогой: 17%
Простые операции: 16%
Нет необходимости в настройке: 12%
Другое: 21%
*# Quecties: 258 (разрешенные несколько ответов)/ Исследовано Oriental Motor

Ключевые преимущества: удобная, простая работа и низкая стоимость

Согласно опросу пользователей Stepper Motor, многие предпочитают их за их удобство пользователя, простую эксплуатацию и низкую стоимость-подходит, непосредственно связанные с их структурной и системой. Прямая механика и конфигурация шаговых двигателей естественным образом объясняют эти преимущества. Тем не менее, некоторые читатели могут поставить под сомнение свою точность и производительность крутящего момента. Такие сомнения лучше всего рассматриваются посредством прямых сравнений с другими двигателями управления, такими как сервоприводы. Понимая характеристики шаговых двигателей и сопоставляя их с оперативными потребностями, пользователи могут эффективно снизить затраты на оборудование. Ниже мы разбиваем их ключевые функции и технические идеи:

Высокая точность остановки с быстрой низкой/средней скоростью

Stepper Motors предлагают исключительную точность остановки и обеспечивает точное управление открытой петлей. Например, серия RK II достигает точности остановки ± 0,05 ° (без нагрузки) при расположении вращающейся таблицы. Без совокупных ошибок шага они обеспечивают последовательное высокое позиционирование. Их дизайн без кодеров упрощает систему привода, снижая затраты при сохранении надежности.

Точка 1
Фантастическая точность остановки

Например, при преобразовании точности остановки ± 0,05 ° шагового двигателя в механизм шарикового винта:

Условия эксплуатации:
• Мотор: серия RK II

• Свидел шарикового винта: 10 мм

Точность остановки: ± 1,4 мкм

Как правило, точность типа заземляющего шарика составляет ± 10 мкм. При использовании типа свернутого шарикового винта его точность снижается до ± 20 мкм, что указывает на то, что точность остановки шагового двигателя намного выше, чем у шариковых винтов.

Шатовые двигатели преуспевают в крутящем моменте с низкой/средней скоростью-ключевым дифференциаторам от сервоприводов, который обеспечивает последовательный крутящий момент на средних и высоких скоростях и костюма с высоким уровнем хода. В отличие от сервоприводов, шаговые двигатели оснащены кривой крутящего момента, не являющегося платом: пик крутящего момента при низкой/средней скорости падает на высоких скоростях. Это делает их идеальными для применений коротких ударов (например, ограниченные ротации), где они предоставляют:

• Высокий крутящий момент на требуемых скоростях для быстрого расположения в таблицах с мульти-ротацией или удвоением.
• Стабильная низкоскоростная производительность (задача для сервоприводов), с минимальной потребностью в высокоскоростной работе-с короткометражными задачами замедляются и останавливаются перед достижением пиковых оборотов.

Короче говоря, Steppers оптимизируются для крутящего момента, где он наиболее имеет значение: диапазон с низкой/средней скоростью, критический для применений с низкой и средней скоростью.

Высокая отзывчивость и отличная синхронизация

Третья выдающаяся особенность Stepper Motors - их отзывчивость. Благодаря управлению открытым контуром, который отправляет команды в одностороннем движении в двигатель, шаговые двигатели могут сильно синхронизироваться с командными сигналами. Напротив, сервоприводы полагаются на обратную связь энкодера, часто вызывая задержки команды. Тем не менее, шаговые двигатели работают в режиме реального времени с входящими импульсами, минимизируют задержку и обеспечивая быстрый отклик.

Это делает шаговые двигатели идеальными для приложений, требующих многомоторной синхронизации. Например, в системах переноса платы с двумя конвейерами, каждый из которых управляется отдельным двигателем, шаговые двигатели могут точно координировать движения, обеспечивая бесшовную передачу платы между конвейерами.

Точка 2
Отличный диапазон низкой / средней скорости!

Пример: крутящий момент размера рамы двигателя 85 мм эквивалентен номинальному крутящему моменту сервопривода 400 Вт при 1000 об/мин.

Крутящий момент в еще более низком диапазоне скорости может быть в 5 раз выше. Для позиционирования с коротким достоянием необходимо иметь высокий крутящий момент в диапазоне с низкой / средней скоростью.

Точка 3
Высокая отзывчивость!

Подходящие приложения

Помимо применения в течение частых запуска и остановки, шаговые двигатели подходят для позиционирования процессоров проверки изображений, которые не любят вибрации, CAM -диски, которые будут трудно регулировать с помощью сервоприводов, и механизмов низкой жесткости, таких как ременный привод. Кроме того, стоимость значительно снижается за счет замены шарикового винтного привода на ремень.

Преимущество отличных особенностей

Помимо снижения затрат, Stepper Motors имеют много преимуществ с точки зрения производительности. На следующей диаграмме показан конвертирующий крутящий момент примера серии RKII в типичные диапазоны сервоприводов. Дополнительная подробная информация о шаговых двигателях, таких как базовая структура, система и примеры приложений, представлена ​​для получения дополнительной информации о шаговых двигателях.

Основы шаговых двигателей

Операция и структура

Шаповый двигатель вращается с фиксированным углом шага, как и вторая рука часов. Высокое точное позиционирование может быть выполнено с помощью управления открытой петлей благодаря механической структуре внутри двигателя.

Точное позиционирование (количество шагов)

Имея полное управление вращением и скоростью, простая структура шаговых двигателей достигается без использования электрических компонентов, таких как кодер внутри двигателя. По этой причине шаговые двигатели очень надежны и имеют высокую надежность с очень небольшим количеством сбоев. Что касается точности остановки, ± 0,05 ° (без кумулятивных ошибок шага) очень точна. Поскольку позиционирование шаговых двигателей выполняется с помощью управления открытой петлей и управляется намагниченным статором и магнитным ротором с небольшими зубами, шаговые двигатели имеют более высокий механизм наблюдения за командами, чем у серво-двигателей. Кроме того, при остановке шаговых двигателей не происходит охоты. Они также превосходны в ремешках, которые имеют низкую жесткость.

Полезно для управления скоростью и управления положением

Когда импульсы вводятся в драйвер через генератор импульсов, положения шаговых двигателей в соответствии с количеством входных импульсов. Основной угол шага 5-фазных шаговых двигателей составляет 0,72 ° и 1,8 ° для 2-фазных шаговых двигателей. Скорость вращения шагового двигателя определяется скоростью частоты импульса (Гц), заданной водителю, и можно свободно изменить вращение двигателя, просто изменив количество входных импульсов или частот на драйвер. Шаповые двигатели служат не только двигателями управления позицией, но и в качестве двигателей управления скоростью с высокой синхронизацией.

Stepper Motors использует:

• Высокочастотная, повторяющаяся позиционирование углами с фиксированными шагами
• Позиционирование, которое требует длительного времени остановки из -за регулировки ширины и т. Д.
• колеблющиеся нагрузки и изменение жесткости
• позиционирование, которое делит 1 цикл
• Моторные валы, которые требуют синхронной работы

Операционная система

Простое управление без датчика или обратной связи

Поскольку можно выполнить точное расположение и управление позицией при синхронизации с количеством импульсов и скорости команд, нет необходимости в устройствах, таких как датчик, для позиционирования. Следовательно, вся система проста в создании. Если усовершенствованное управление, такое как операция интерполяции, не требуется, рекомендуется встроенный драйвер функции функции контроллера. Стоимость снижается путем устранения контроллеров, таких как пульсовой генератор и модули позиционирования ПЛК.

Встроенный датчик тип закрытого конюса

Хотя высокая точность позиционирования возможна при управлении открытой петлей, что произойдет, если возникнет проблема? Чтобы избежать таких подводных камней, можно использовать тип энкодера или встроенный датчик управляющего типа с замкнутым контуром (серия AR).

Может ли стоимость быть дополнительно снижена?

Общая проблема среди инженеров -дизайнеров - снижение затрат. На самом деле нет способа еще больше снизить стоимость? Чтобы выяснить тест на снижение затрат с улучшениями спецификации, был проведен на основе механизма шариковых винтов. Следующее объясняет детали теста:

Миссия

Линейный механизм движения

1. дальнейшее увеличение скорости
2. Дальнейшее снижение затрат
[Условия первоначально запланированного оборудования] Механизм: Условия шарикового винта + сервопривода, такие как нагрузка, скорость и свинец, показанные справа, определяются на основе сервопривода, прикрепленного к шариковым винтам и стальной пластине.

План

Изменить механизм на ремень шкива
• Шаровой винт, если попытка увеличить скорость => ремень может быть более подходящим => 1000 мм/с до 1500 мм/с возможна с механизмом ремня. Измените на ремень, если нет проблем с точностью позиционирования. • значительно снизить стоимость, если возможно переход на ремень => ремень недорогой, но его низкая жесткость может повлиять на стабильность работы сервопривода, даже при автоматической настройке.

Проблемы

1. Разница в точности остановки между винтом и ремнем ... Сколько требуется точность остановки?
2. Влияние низкой жесткости ... Влияние на время урегулирования, избегая проблемы настройки
• Лучше точности остановки с винтом. Нет проблем сменить на ремень? => Требуемая точность остановки применения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точнее, как для винта. Поэтому должно быть нормально заменить ремнем.
• Если переход на ремень, жесткость на механизм становится низкой, поэтому движения сервопривода становятся нестабильными. => Среди двигателей позиционирования шаговые двигатели не имеют встроенного энкодера. По этой причине они не требуют корректировки и сильны против низкой жесткости. Их движения стабильны независимо от колеблющихся нагрузок. Если выход такой же, рассмотрите шаговые двигатели.

Оценка

Механизм: лента -шкив + двигатель: Попробуйте с шаговым двигателем

Проблемы

1. Разница в точности остановки между винтом и ремнем ... Сколько требуется точность остановки?
2. Влияние низкой жесткости ... Влияние на время урегулирования, избегая проблемы настройки
• Лучше точности остановки с винтом. Нет проблем сменить на ремень? => Требуемая точность остановки применения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точнее, как для винта. Поэтому должно быть нормально заменить ремнем.
• Если переход на ремень, жесткость на механизм становится низкой, поэтому движения сервопривода становятся нестабильными. => Среди двигателей позиционирования шаговые двигатели не имеют встроенного энкодера. По этой причине они не требуют корректировки и сильны против низкой жесткости. Их движения стабильны независимо от колеблющихся нагрузок. Если выход такой же, рассмотрите шаговые двигатели.

Оценка

Механизм: лента -шкив + двигатель: Попробуйте с шаговым двигателем

• Транспортируемая масса -> Макс. Допустимая нагрузка 7 кг • Скорость перемещения -> Улучшена до 800 мм/ секунду двигателя =>, переключившись с шагового двигателя на сервопривод, снизилась стоимость на 50%! Механизм =>, переходя от шарикового винта на механизм ремня, снижена стоимость на 7%!

Результаты

Было много места для снижения затрат!
Проведя обзор механизма на основе нуля, а также выбор двигателя, основанный на характеристиках, нам удалось увеличить спецификации и снизить стоимость, даже с размером двигателя стал немного больше. В прошлом отбор двигателя был сделан на основе его простоты использования или знакомства. После этого упражнения различия в операциях между сервоприводами и шаговыми двигателями стали ясными. Удивительно, что шаговые двигатели более доступны, чем ожидалось. Там должно быть место для снижения затрат других устройств, использующих этот метод. Это упражнение вновь узнало, что хорошо сбалансированный отбор между моторными спецификациями и стоимостью, в то же время максимизирующий моторные характеристики является ключом.

Что имеет более высокую точность остановки - шаговый двигатель или сервопривод?

Запрос клиентов: ищу мотор с хорошей точностью остановки. Какую разницу существует между шаговыми двигателями и сервоприводами?

Предположение: серия AC Servo Motor NX оснащена 20-битным энкодером, поэтому он должен иметь прекрасное разрешение и хорошую точность остановки.

Во -первых, необходимо прояснить разницу между разрешением и точностью остановки: разрешение - это количество шагов на революцию, и оно также называется шагом для шаговых двигателей. Это необходимо при рассмотрении того, насколько точным должно быть необходимое позиционирование. Точность остановки - это разница между фактической позицией остановки и теоретическим положением остановки.

Означает ли это, что сервопривод AC Servo, оснащенный энкодером с высокой точностью, имеет лучшую точность остановки, чем шаговые двигатели?
Не совсем. В прошлом не было никаких проблем с концепцией «остановки точности сервоприводов, равных разрешению энкодера в пределах пульса ± 1». Тем не менее, недавние сервоприводы оснащены 20 -битным энкодером (1 048 576 шагов), который имеет очень хорошее разрешение. Из -за этого ошибки из -за точности установки энкодера оказывают огромное влияние на точность остановки. Следовательно, концепция точности остановки немного начала меняться.
Согласно сравнительным таблицам, точность остановки между шаговыми двигателями и сервоприводами переменного тока почти одинакова (± 0,02º ~ 0,03º). Точность зависит от механической точности двигателя для шаговых двигателей, таким образом, если положение остановки может быть выполнено на 7,2º, позиционирование выполняется теми же маленькими зубами на роторе в любое время, согласно структуре двигателя. Это позволяет дополнительно повысить точность остановки.
Тем не менее, шаговые двигатели могут генерировать угол смещения в зависимости от значения крутящего момента нагрузки. Кроме того, в зависимости от состояния механизма, сервоприводы AC могут иметь более широкую ширину охоты в качестве ответа на корректировку усиления. По этим причинам требуется некоторая осторожность.

Сравнение точности остановки между шаговыми двигателями и сервоприводами AC AC