Uzavřená smyčkakrokové motoryzměnily poměr výkonu a nákladů v mnoha aplikacích řízení pohybu. Úspěch progresivních motorů s uzavřenou smyčkou VIC také otevřel možnost nahrazení drahých servomotorů levnějšími.krokové motoryV rostoucím počtu vysoce kvalitních aplikací průmyslové automatizace mění technologický pokrok poměr výkonu a ceny mezi krokovými motory a servomotory.
Krokové motory versus servomotory
Podle všeobecného mínění servořízení dosahují lepších výsledků v aplikacích, kde jsou vyžadovány otáčky nad 800 ot./min a vysoká dynamická odezva. Krokové motory jsou vhodnější pro aplikace s nižšími otáčkami, nízkým až středním zrychlením a vysokým přídržným momentem.
Jaký je tedy základ této zažité moudrosti o krokových motorech a servomotorech? Pojďme si ji níže podrobněji rozebrat.
1. Jednoduchost a náklady
Krokové motory jsou nejen levnější než servomotory, ale také se snáze uvádějí do provozu a udržují. Krokové motory jsou v klidovém stavu stabilní a drží si svou polohu (i při dynamickém zatížení). Pokud je však pro určité aplikace vyžadován vyšší výkon, je nutné použít dražší a složitější servomotory.
2. Struktura
Krokové motoryotáčejí se krokově a pomocí magnetických cívek postupně posouvají magnet z jedné polohy do druhé. Pro pohyb motoru o 100 pozic v libovolném směru vyžaduje obvod provedení 100 krokových operací. Krokové motory používají pulzy k dosažení inkrementálních pohybů, což umožňuje přesné polohování bez použití zpětnovazebních senzorů.
Způsob pohybu servomotoru je odlišný. Servomotor je připojen k magnetickému rotoru a nepřetržitě detekuje přesnou polohu motoru. Servomotor monitoruje rozdíl mezi skutečnou polohou motoru a zadanou polohou a podle toho upravuje proud. Tento systém s uzavřenou smyčkou udržuje motor ve správném stavu pohybu.
3. Rychlost a točivý moment
Rozdíl ve výkonu mezi krokovými a servomotory pramení z jejich odlišných konstrukčních řešení.Krokové motorymají mnohem větší počet pólů než servomotory, takže plná otáčka krokového motoru vyžaduje mnohem více výměn proudu vinutím, což má za následek rychlý pokles točivého momentu při rostoucích rychlostech. Kromě toho, pokud je dosaženo maximálního točivého momentu, krokový motor může ztratit svou funkci synchronizace otáček. Z těchto důvodů jsou servomotory preferovaným řešením ve většině vysokorychlostních aplikací. Naproti tomu vyšší počet pólů krokového motoru je výhodný při nižších rychlostech, kdy má krokový motor oproti servomotoru stejné velikosti výhodu v krouticím momentu.
S rostoucí rychlostí se točivý moment krokového motoru snižuje
4. Polohování
Mezi krokovými motory a servomotory existují důležité rozdíly v aplikacích, kde je nutné vždy znát přesnou polohu stroje. V aplikacích s otevřenou smyčkou pohybu řízených krokovými motory řídicí systém předpokládá, že motor je vždy ve správném stavu pohybu. Nicméně poté, co se vyskytne problém, jako je zablokování motoru v důsledku zaseknutého komponentu, není řídicí jednotka schopna znát skutečnou polohu stroje, což může vést ke ztrátě polohy. Systém uzavřené smyčky samotného servomotoru má výhodu: pokud je zaseknutý nějakým předmětem, okamžitě to detekuje. Stroj se zastaví a nikdy nebude mimo svou polohu.
5. Spotřeba tepla a energie
Krokové motory s otevřenou smyčkou používají fixní proud a produkují velké množství tepla. Řízení s uzavřenou smyčkou dodává pouze proud potřebný pro rychlostní smyčku, a proto se vyhýbá problému s ohřevem motoru.
Souhrn srovnání
Servořízení se nejlépe hodí pro vysokorychlostní aplikace zahrnující dynamické změny zatížení, jako jsou robotická ramena. Krokové řízení se naopak hodí spíše pro aplikace vyžadující nízké až střední zrychlení a vysoký přídržný moment, jako jsou 3D tiskárny, dopravníky, pomocné osy atd. Protože krokové motory jsou levnější, mohou při použití snížit náklady na automatizační systémy. Systémy řízení pohybu, které potřebují využít vlastnosti servomotorů, budou muset prokázat, že tyto dražší motory mají cenu zlata.
Krokové motory s řízením v uzavřené smyčce
Krokový motor s integrovaným elektronickým řízením je ekvivalentem dvoufázového bezkartáčového stejnosměrného motoru a dokáže provádět řízení polohové smyčky, řízení otáček, řízení DQ a další algoritmy. Pro komutaci v uzavřené smyčce se používá jednootáčkový absolutní enkodér, který zajišťuje optimální točivý moment při jakékoli rychlosti.
Nízká spotřeba energie a udržování chladu
Krokové motory VIC jsou vysoce energeticky účinné. Na rozdíl od krokových motorů s otevřenou smyčkou, které vždy pracují s plným proudovým regulátorem a způsobují problémy s zahříváním a hlukem, se proud mění podle skutečných podmínek pohybu, například během zrychlování a zpomalování. Podobně jako u servomotorů je proud spotřebovávaný těmito krokovými motory v daném okamžiku úměrný skutečně požadovanému krouticímu momentu. Protože motor a integrovaná elektronická řídicí deska běží chladněji, mohou krokové motory VIC dosáhnout vyšších špičkových krouticích momentů srovnatelných se servomotory.
I při vysokých rychlostech vyžadují krokové motory VIC menší proud
Díky pokroku v technologii uzavřené smyčky jsou krokové motory schopny proniknout do vysoce výkonných a vysokorychlostních aplikací, které dříve patřily výhradně servomotorům.
Krokové motory s technologií uzavřené smyčky
Co kdyby se výhody technologie servopohonů s uzavřenou smyčkou daly aplikovat na krokové motory?
Mohli bychom dosáhnout srovnatelného výkonu se servomotory a zároveň si udržet cenové výhody krokových motorů?
Kombinací technologie řízení s uzavřenou smyčkou by se krokový motor stal komplexním produktem s výhodami servomotorů i krokových motorů za nízkou cenu. Protože krokové motory s uzavřenou smyčkou nabízejí výrazné zlepšení výkonu a energetické účinnosti, mohou nahradit dražší servomotory ve stále větším počtu vysoce náročných aplikací.
Následuje příklad krokového motoru integrovaného s technologií VIC s integrovaným řízením v uzavřené smyčce, který vysvětluje výkon a výhody a nevýhody krokových motorů s technologií uzavřené smyčky.
Přesně sladěné výkonnostní požadavky
Aby byl zajištěn dostatečný točivý moment k překonání poruch a zamezení ztráty kroků, krokové motory s otevřenou smyčkou obvykle potřebují zajistit, aby točivý moment byl alespoň o 40 % vyšší než hodnota požadovaná aplikací. Krokové motory s uzavřenou smyčkou tento problém nemají. Když se tyto krokové motory zastaví v důsledku přetížení, budou i nadále držet zátěž bez ztráty točivého momentu. Budou pokračovat v provozu i po odstranění stavu přetížení. Maximální točivý moment lze zaručit při jakékoli dané rychlosti a snímač polohy zajišťuje, že nedochází ke ztrátě kroku. Krokové motory s uzavřenou smyčkou lze proto specifikovat tak, aby přesně odpovídaly požadavkům na točivý moment příslušné aplikace bez nutnosti dodatečné 40% rezervy.
U krokových motorů s otevřenou smyčkou je obtížné splnit požadavky na vysoký okamžitý točivý moment kvůli riziku ztráty kroků. Ve srovnání s konvenčními krokovými motory mohou krokové motory s uzavřenou smyčkou VIC dosáhnout velmi rychlé akcelerace, nízkého provozního hluku a nízké rezonance. Mohou pracovat s mnohem vyššími šířkami pásma a dosahovat vynikajícího výkonu.
Bez skříně
Společnost Toda integruje řídicí desku pohonu s motorem, čímž snižuje množství kabeláže a zjednodušuje implementaci. S technologií Toda můžete stavět stroje bez rozvaděčů.
Integrace elektroniky s krokovými motory snižuje složitost
Díky technologii uzavřené smyčky nabízejí krokové motory s uzavřenou smyčkou uživatelům vynikající přesnost a účinnost s výkonem servomotoru a nízkou cenou krokového motoru. Levnější krokové motory postupně pronikají do aplikací, kterým by jinak dominovaly drahé servomotory.
Čas zveřejnění: 10. dubna 2023