Открыты шаговые двигатели: от основной механики до передовых систем управления

Высоконадежные шаговые двигатели: мощность и точность в управлении движением

Шаговые двигатели часто недооценены по сравнению с сервомоторами, но они предлагают сопоставимую надежность.позволяющий точное расположение и управление скоростьюС высоким крутящим моментом при низких скоростях и минимальными вибрациями, они превосходят в применении на короткие расстояния, быстрое позиционирование.

Шаговые двигатели: полное руководство по принципам, типам и применениям

"Степные двигатели? Сервомоторы должны работать лучше". Это распространенное заблуждение при обсуждении шаговых двигателей.Шаговые двигатели превосходят в различных применениях от передового промышленного оборудования до повседневных автоматизированных инструментовВ этой статье объясняется, почему они остаются лучшим выбором для систем с высокой точностью.

Хотя некоторые могут упускать из виду шаговые двигатели, их роль в высокоточном управлении имеет решающее значение в различных отраслях промышленности.медицинские изделия, аналитические инструменты, высокоточные ступени, финансовые системы, упаковочные машины для продуктов питания и даже регулировки диафрагмы камеры, доказывающие их универсальность в требовательных условиях, критически важных для точности.

Зачем ты используешь шаговый мотор?

Легко в использовании: 34%
Недорого: 17%
Простые операции:16%
Нет необходимости в настройке: 12%
Прочие: 21%
*# опрошенных: 258 (допускается множество ответов) / исследование Oriental Motor

Ключевые преимущества: удобство использования, простота эксплуатации и низкая стоимость

Согласно опросу пользователей шаговых двигателей, многие предпочитают их за их удобство использования, простую эксплуатацию и низкую стоимость, прямо связанную с их конструкцией и конструкцией системы.Простая механика и конфигурация шаговых двигателей естественно объясняют эти преимуществаОднако некоторые читатели могут усомниться в их точности и производительности крутящего момента.Понимание характеристик шаговых двигателей и их соответствие эксплуатационным потребностямНиже мы рассмотрим их основные особенности и технические находки:

Высокая точность торможения с быстрой низкой/средней скоростью

Шаговые двигатели обеспечивают исключительную точность торможения и позволяют точно контролировать открытый цикл.Без кумулятивных ошибок шагаИх конструкция без кодера упрощает систему привода, снижая затраты при сохранении надежности.

Пункт 1
Фантастическая точность остановки

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

Условия работы:
• Двигатель: серии RK II

• Свинцовый винт: 10 мм

Точность остановки: ±1,4 мкм

Обычно точность типа наземного шарового винта составляет ±10μm. При использовании типа прокаленного шарового винта точность снижается до ±20μm,указывающее на то, что точность остановки шагового двигателя намного выше, чем у шаровых винтов.

Шаговые двигатели превосходят в низкой / средней скорости крутящего момента - ключевой отличитель от сервомоторов, которые обеспечивают постоянный крутящий момент на средних и высоких скоростях и подходят для длительных ударов, высоких вращений.,шаговые двигатели имеют неплоскую кривую крутящего момента: пиковый крутящий момент при низких/средних скоростях значительно снижается при высоких скоростях. Это делает их идеальными для применения с коротким ходом (например, ограниченные вращения),где они предоставляют:

• Высокий крутящий момент при требуемых скоростях для быстрого позиционирования в таких задачах, как многоразовые столы или дюйм.
• Стабильная производительность на низких скоростях (вызов для сервоприводов), с минимальной необходимостью работы на высоких скоростях, поскольку задачи с коротким ходом замедляются и останавливаются до достижения пикового оборота в секунду.

Короче говоря, шаговые двигатели оптимизируют крутящий момент там, где он имеет наибольшее значение: в диапазоне низкой / средней скорости, критически важном для коротких расстояний, точных приложений.

Высокая чувствительность и превосходная синхронизация

Третья отличительная особенность шаговых двигателей - это их быстродействие.В отличиеСервомоторы работают в режиме реального времени с входящими импульсами, минимизируя задержку и обеспечивая быструю реакцию.

Это делает шаговые двигатели идеальными для применений, требующих синхронизации с несколькими двигателями.Шаговые двигатели могут точно координировать движения, обеспечивая бесшовную передачу доски между конвейерами.

Пункт 2
Отличный диапазон низкой / средней скорости!

Пример: крутящий момент рамы двигателя размером 85 мм эквивалентен номинальному крутящему моменту сервомотора мощностью 400 Вт при 1000 оборотах в минуту.

Для позиционирования на короткие расстояния необходимо иметь высокий крутящий момент в диапазоне низкой / средней скорости.

Пункт 3
Высокая чувствительность!

Подходящие применения

Помимо применения с частым запуском и остановкой, шаговые двигатели подходят для позиционирования процессоров проверки изображения, которые не любят вибрации,Камерные приводы, которые сложно регулировать с помощью сервомоторовКроме того, стоимость значительно снижается за счет замены шарового винта на ремень.

Преимущество отличных особенностей

Помимо снижения затрат, шаговые двигатели имеют много преимуществ с точки зрения производительности..Далее ниже представлена подробная информация о шаговых двигателях, такая как основная структура, система и пример применения, для получения дополнительной информации о шаговых двигателях.

Основы шаговых двигателей

Операция и структура

Шаговый двигатель вращается с фиксированным углом шага, как вторая стрелка часов.Высокоточное позиционирование может быть выполнено с помощью управления открытым циклом благодаря механической структуре внутри двигателя.

Точное расположение (количество ступеней)

При полном контроле вращения и скорости простая структура шаговых двигателей достигается без использования электрических компонентов, таких как кодер внутри двигателя.Шаговые двигатели очень прочные и имеют высокую надежность с очень небольшим количеством сбоевЧто касается точности остановки, то ±0,05° (без кумулятивных ошибок наклона) очень точно.Поскольку позиционирование шаговых двигателей выполняется с помощью управления открытым циклом и управляется магнитизированным статором и магнитным ротором с маленькими зубамиСтепные двигатели имеют более высокий механизм отслеживания команд, чем сервомоторы. Кроме того, при остановке шаговых двигателей не происходит охоты.имеющие низкую жесткость.

Полезно для контроля скорости и контроля положения

При подаче импульсов драйверу через импульсный генератор шаговые двигатели располагаются в соответствии с количеством входящих импульсов.8° для двухфазных шаговых двигателейСкорость вращения шагового двигателя определяется скоростью импульсной частоты (Hz), передаваемой водителю.и можно свободно изменять вращение двигателя, просто изменяя количество входных импульсов или частот для водителяШаговые двигатели служат не только двигателями управления положением, но и двигателями управления скоростью с высокой синхронизацией.

Степные двигатели используются:

• Высокая частота, повторяющееся расположение фиксированных углов шагов
• Позиционирование, требующее длительного времени остановки из-за регулирования ширины и т.д.
• колебания нагрузки и изменение жесткости
• Позиционирование, разделяющее 1 цикл
• Моторные валы, требующие синхронной работы

Операционная система

Простой контроль без датчиков или обратной связи

Поскольку можно выполнять точное позиционирование и управление положением при синхронизации с количеством импульсов команды и скоростью, не требуется устройств, таких как датчик,для позиционированияПоэтому вся система проста в построении. Если не требуется расширенного управления, такого как интерполяция, рекомендуется встроенный драйвер типа функции контроллера.Снижение затрат путем устранения контроллеров, такие как генератор импульсов и модули позиционирования PLC.

Встроенный датчик закрытого цикла

Хотя высокая точность позиционирования возможна с открытым контуром управления, что произойдет, если возникнет проблема?может использоваться двигатель типа кодера или встроенный датчик типа управления с замкнутым циклом (серия AR).

Можно ли еще больше сократить расходы?

Обычная проблема среди конструкторов - это снижение затрат. Неужели нет способа еще больше снизить затраты?проводилась на основе механизма шарового винтаНиже приведены подробности испытания:

Миссия

Механизм линейного движения

1Дальнейшее увеличение скорости.
2. Дальнейшее снижение затрат
[Условия изначально запланированного оборудования] Механизм: шаровой винт + сервомотор Условия, такие как нагрузка, скорость и свинец, показанные справа,определяются на основе сервомотора, присоединенного к шариковым винтам и стальной пластине.

План

Изменить механизм на ремень
• шаровой винт при попытке увеличить скорость => механизм ремня может быть более подходящим => от 1000 мм/сек до 1500 мм/сек возможно с механизмом ремня.Изменить ремень, если нет проблем с точностью позиционирования. • значительно снизить затраты, если возможно переход на ремень => Ремень недорогой, но его низкая жесткость может повлиять на стабильность работы сервомотора, даже при автоматической настройке.

Проблемы

1Разница в точности остановки между винтом и ремнем...
2. Влияние низкой жесткости... влияние на время оседания, избегая проблемы настройки
• Лучшая точность торможения с винтом. Нет проблем, чтобы перейти на ремень? => Требуемая точность торможения приложения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точно, как для винта.Поэтому, это должно быть нормально заменить ремнем.
• При переключении на ремень жесткость механизма снижается, поэтому движения сервомотора становятся нестабильными.По этой причине, они не требуют корректировки и устойчивы к низкой жесткости. Их движения стабильны независимо от колебаний нагрузки. Если выход одинаков, рассмотрите шаговые двигатели.

Оценка

Механизм: ремень коробки + двигатель: попробуйте с шаговым двигателем

Проблемы

1Разница в точности остановки между винтом и ремнем...
2. Влияние низкой жесткости... влияние на время оседания, избегая проблемы настройки
• Лучшая точность торможения с винтом. Нет проблем, чтобы перейти на ремень? => Требуемая точность торможения приложения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точно, как для винта.Поэтому, это должно быть нормально заменить ремнем.
• При переключении на ремень жесткость механизма снижается, поэтому движения сервомотора становятся нестабильными.По этой причине, они не требуют корректировки и устойчивы к низкой жесткости. Их движения стабильны независимо от колебаний нагрузки. Если выход одинаков, рассмотрите шаговые двигатели.

Оценка

Механизм: ремень коробки + двигатель: попробуйте с шаговым двигателем

• Транспортируемая масса -> Максимальная допустимая нагрузка 7 кг • Скорость движения -> Улучшенная до 800 мм/сек Мотор => Смена от шагового двигателя к сервомотору снижает стоимость на 50%!Механизм => Переход от шарового винта к механизму ремня, снизить стоимость на 7%!

Результаты

Было много возможностей сократить расходы!
Проведя нулевой обзор механизма, а также выбор двигателя на основе характеристик, мы смогли увеличить спецификации и снизить стоимость,даже с размером двигателя стал немного большеВ прошлом выбор двигателя делался на основе его простоты использования или знакомства. После этого упражнения стали ясны различия в работе между сервомоторами и шаговыми двигателями.Было удивительно, что шаговые двигатели более доступны, чем ожидалосьВ этом исследовании было подтверждено, что хорошо сбалансированный выбор между характеристиками двигателя и стоимостьюВ то время как максимизация двигательных характеристик является ключом.

Какой двигатель имеет более высокую точность торможения - шаговый или сервомотор?

Запрос клиента: Вы ищете двигатель с хорошей точностью остановки.

Предположение: сервомотор серии NX переменного тока оснащен 20-битным кодером, поэтому он должен иметь хорошее разрешение и хорошую точность остановки.

Во-первых, необходимо прояснить разницу между разрешением и точностью остановки: разрешение - это количество шагов на оборот, и его также называют углом шага для шаговых двигателей.Это необходимо при рассмотрении, насколько точно требуемое позиционирование должно бытьТочность остановки - это разница между фактическим и теоретическим положением остановки.

Означает ли это, что сервомотор переменного тока, оснащенный высокоточным кодером, имеет лучшую точность торможения, чем шаговые двигатели?
В прошлом не было никаких проблем с концепцией "точность остановки сервомоторов равна разрешению кодера в пределах ± 1 импульса".Последние сервомоторы оснащены 20-битным кодером (1,048Из-за этого ошибки, вызванные точностью установки кодера, оказывают огромное влияние на точность остановки.Понятие точности остановки немного изменилось..
Согласно сравнительным диаграммам, точность остановки между шаговыми двигателями и сервомоторами переменного тока почти одинакова (± 0,02 ~ 0,03 °).Точность зависит от механической точности двигателя для шаговых двигателейТаким образом, если положение остановки может быть выполнено на 7,2o, позиционирование выполняется теми же маленькими зубами на роторе в любое время, в соответствии со структурой двигателя.Это позволяет еще больше улучшить точность торможения.
Тем не менее, шаговые двигатели могут генерировать угол смещения в зависимости от значения крутящего момента нагрузки.Сервомоторы переменного тока могут иметь более широкую ширину охоты в ответ на регулировки приданияПо этим причинам требуется осторожность.

Сравнение точности торможения между шаговыми двигателями и сервомоторами переменного тока