Odkryto silniki stopniowe: od podstawowej mechaniki do zaawansowanych systemów sterowania

Niezwykle niezawodne silniki stopniowe: moc i precyzja w sterowaniu ruchem

Silniki stopniowe są często niedoceniane w porównaniu z silnikami serwo, ale oferują porównywalną niezawodność.umożliwiające dokładne ustawienie pozycji i sterowanie prędkościąZ wysokim momentem obrotowym w niskich prędkościach i minimalnymi wibracjami, doskonale sprawdzają się w zastosowaniach krótkich odległości, szybkiego pozycjonowania.

Silniki stopniowe: kompletny przewodnik do zasad, typów i zastosowań

W rzeczywistości, silniki stopniowe, które nie są w stanie wykonywać silników stopniowych, są w stanie wykonywać silniki stopniowe.silniki stopniowe doskonale sprawdzają się w różnych zastosowaniach, od zaawansowanych urządzeń przemysłowych po codzienne automatyczne instrumentyW tym artykule wyjaśniono, dlaczego pozostają najlepszym wyborem dla systemów napędzanych precyzją.

Chociaż niektórzy mogą zignorować silniki krokowe, ich rola w kontroli wysokiej dokładności ma kluczowe znaczenie w różnych gałęziach przemysłu.wyroby medyczne, instrumenty analityczne, etapy precyzyjne, systemy finansowe, maszyny do pakowania żywności, a nawet regulacje przysłony aparatu ̇ udowadniają swoją wszechstronność w wymagających środowiskach wymagających precyzji.

Dlaczego używasz silnika krokówkowego?

Łatwość obsługi: 34%
Niedrogie: 17%
Proste operacje: 16%
Brak potrzeby dostrojenia: 12%
Pozostałe: 21%
*# badanych: 258 (pozwolone wielokrotne odpowiedzi) / zbadane przez Oriental Motor

Główne zalety: łatwość obsługi, prosta obsługa i niskie koszty

Według ankiety przeprowadzonej wśród użytkowników silników krokówkowych, wiele osób faworyzuje je ze względu na ich łatwość użytkowania, prostą obsługę i niskie koszty – korzyści bezpośrednio związane z ich konstrukcją strukturalną i systemem.Prosta mechanika i konfiguracja silników stopniowych naturalnie wyjaśniają te zaletyJednakże niektórzy czytelnicy mogą wątpić w ich dokładność i właściwości obrotowe.Zrozumienie cech silnika krokówkowego i dopasowanie ich do potrzeb operacyjnychW poniższym rozdziale podamy ich główne cechy i informacje techniczne:

Wysoka dokładność zatrzymania przy szybkich niskich/średnich prędkościach

Silniki stopniowe zapewniają wyjątkową dokładność hamowania i umożliwiają precyzyjne sterowanie pętlą otwartą.Bez kumulacyjnych błędów krokówIch konstrukcja bez kodera upraszcza układ napędowy, zmniejszając koszty przy zachowaniu niezawodności.

Punkt 1
Fantastyczna dokładność zatrzymania

Przykładowo przy przekształcaniu dokładności hamowania ±0,05° silnika stopniowego w mechanizm śrubowy:

Warunki eksploatacji:
• Silnik: seria RK II

• Ołów śruby kulkowej: 10 mm

Dokładność zatrzymania: ±1,4 μm

Zasadniczo dokładność typu śruby kulkowej jest ±10 μm. Przy użyciu typu śruby kulkowej walcowanej jej dokładność zmniejsza się do ±20 μm,wskazujące, że dokładność zatrzymania silnika krokówkowego jest znacznie wyższa niż w przypadku typów śrub kulkowych.

Silniki stopniowe osiągają wysoki moment obrotowy w niskich i średnich prędkościach, co stanowi kluczowy różnik od silników serwo, które zapewniają stały moment obrotowy w średnich i wysokich prędkościach i nadają się do zadań długotrwałych i o wysokim obrotowi.,silniki stopniowe posiadają krzywą momentu obrotowego niepłaską: moment obrotowy szczytowy przy niskich/średnich prędkościach znacznie spada przy dużych prędkościach, co czyni je idealnymi do zastosowań krótkotrwałych (np. ograniczonych obrotów),gdzie zapewniają:

• Wysoki moment obrotowy przy wymaganych prędkościach do szybkiego pozycjonowania w takich zadaniach jak stoły wielokrotne lub obrócenie.
• Stabilna wydajność przy niskich prędkościach (wyzwanie dla servo), przy minimalnym zapotrzebowaniu na pracę przy dużych prędkościach, ponieważ zadania krótkotrwałe spowalniają i zatrzymują się przed osiągnięciem maksymalnej obrotowości.

Krótko mówiąc, krokówki optymalizują moment obrotowy tam, gdzie ma to największe znaczenie: w zakresie niskich/średnich prędkości krytycznych dla zastosowań krótkich odległości, napędzanych precyzyjnie.

Duża wrażliwość i doskonała synchronizacja

Trzecią wyjątkową cechą silników kroków jest ich szybkość reagowania.W przeciwieństwieW przypadku silników stopniowych, działają one w czasie rzeczywistym z przychodzącymi impulsami, minimalizując opóźnienie i zapewniając szybką odpowiedź.

Dzięki temu silniki stopniowe są idealne do zastosowań wymagających synchronizacji wielomotorów.Silniki stopniowe mogą precyzyjnie koordynować ruchy, zapewniając płynne przenoszenie tablicy między przenośnikami.

Punkt 2
Doskonały zasięg niskich i średnich prędkości!

Przykład: moment obrotowy ramy silnika o rozmiarze 85 mm jest równoważny nominalnemu momentu obrotowemu serwomotora o mocy 400 W przy 1000 obrotów/min.

W przypadku pozycjonowania na krótkie odległości konieczne jest posiadanie wysokiego momentu obrotowego w zakresie niskich/średnich prędkości.

Punkt 3
Wysoka wrażliwość!

Odpowiednie zastosowania

Oprócz zastosowania z częstym uruchamianiem i zatrzymaniem, silniki krokówkowe nadają się do pozycjonowania procesorów kontroli obrazu, które nie lubią wibracji,napędy klocków, które byłyby trudne do regulacji za pomocą silników serwowychPonadto koszty są znacznie zmniejszone poprzez zastąpienie napędu śruby kulkowej napędem na pas.

Zalety wspaniałych cech

Oprócz obniżenia kosztów silniki krokowe mają wiele zalet pod względem wydajności..W dalszej części przedstawiono szczegółowe informacje na temat silników krokowych, takie jak podstawowa struktura, system i przykładowe zastosowania, aby uzyskać więcej informacji na temat silników krokowych.

Podstawy silników stopniowych

Działanie i struktura

Silnik stopniowy obraca się pod stałym kątem, jak wskazówka zegara.Wysoce precyzyjne pozycjonowanie można wykonać za pomocą sterowania otwartą pętlą dzięki mechanicznej strukturze w silniku.

Dokładne pozycjonowanie (liczba kroków)

Przy pełnej kontroli obrotu i prędkości prostą strukturę silników kroków osiąga się bez użycia komponentów elektrycznych, takich jak koder wewnątrz silnika.silniki stopniowe są bardzo wytrzymałe i mają wysoką niezawodność z bardzo małą liczbą awariiJeśli chodzi o dokładność zatrzymania, ±0,05° (bez kumulacyjnych błędów pasma) jest bardzo dokładny.Ponieważ pozycjonowanie silników kroków jest wykonywana przez otwartą pętlę sterowania i obsługiwane przez magnetyzowany stator i wirnika magnetycznego z małych zębów, silniki kroków mają wyższy mechanizm monitorowania poleceń niż silniki serwo. Ponadto nie występuje polowanie podczas zatrzymania silników kroków.o niskiej sztywności.

Przydatne do sterowania prędkością i pozycją

Kiedy impulsy są wprowadzane do sterownika za pośrednictwem generatora impulsów, silniki stopniowe pozycjonują się w zależności od liczby impulsów wejściowych.8° dla dwupasowych silników krokówkowych. Prędkość obrotowa silnika stopniowego jest określona przez prędkość częstotliwości impulsu (Hz) podanej kierowcy,i można swobodnie zmieniać obrót silnika, po prostu zmieniając liczbę impulsów wejściowych lub częstotliwości do kierowcySilniki stopniowe służą nie tylko jako silniki sterujące pozycją, ale także jako silniki sterujące prędkością z wysoką synchronizacją.

Wykorzystanie silników stopniowych:

• Wysoka częstotliwość, powtarzające się pozycjonowanie stałych kątów kroków
• Pozycjonowanie wymagające długiego czasu zatrzymania z powodu regulacji szerokości itp.
• Zmiany obciążeń i sztywności
• Pozycjonowanie, które dzieli 1 cykl
• wały silnikowe wymagające pracy synchronicznej

System operacyjny

Prosta kontrola bez czujników i informacji zwrotnych

Ponieważ możliwe jest dokładne pozycjonowanie i sterowanie pozycją przy jednoczesnej synchronizacji z liczbą impulsów i prędkością polecenia, nie ma potrzeby urządzeń, takich jak czujnik,do pozycjonowaniaJeśli nie jest wymagane zaawansowane sterowanie, takie jak operacja interpolacji, zaleca się wbudowany sterownik typu funkcji sterownika.Obniżenie kosztów poprzez eliminację kontrolerów, takie jak generator impulsów i moduły pozycjonowania PLC.

Wbudowany czujnik typu zamkniętego pętla

Chociaż z otwartym pętlem można dokładnie określić położenie, co by się stało, gdyby wystąpił problem?może być stosowany silnik typu kodera lub wbudowany czujnik typu sterowania zamkniętą pętlą (seria AR).

Czy można jeszcze bardziej obniżyć koszty?

Czy naprawdę nie ma sposobu na dalsze obniżenie kosztów?został przeprowadzony na podstawie mechanizmu śruby kulkowejPoniżej przedstawiono szczegóły badania:

Misja

Mechanizm ruchu liniowego

1/ Dalej zwiększaj prędkość
2. Dalsze obniżenie kosztów
[Stan wyposażenia pierwotnie zaplanowanego] Mechanizm: śrubka kulkowa + serwo silnik Warunki takie jak obciążenie, prędkość i prowadzenie, pokazane po prawej stronie,są określone na podstawie serwomotora podłączonego do śrub kulkowych i stalowej płyty.

Plan

Zmień mechanizm na kołnierz pasowy
• Śruby kulkowe, jeśli próbujesz zwiększyć prędkość => mechanizm pasów może być bardziej odpowiedni => 1000 mm/s do 1500 mm/s jest możliwe z mechanizmem pasów.Zmień pas, jeśli nie ma problemu z dokładnością pozycji. • Znacząco zmniejszyć koszty, jeśli możliwa jest zmiana na pas. => Pas jest niedrogi, ale jego niska sztywność może mieć wpływ na stabilność pracy serwomotora, nawet przy automatycznym ustawieniu.

Problemy

1Różnica w dokładności zatrzymania między śrubą a pasem...
2. Wpływ niskiej sztywności... wpływ na czas osiedlenia, unikając problemów z dostrojem
• Lepsza dokładność zatrzymania przy użyciu śruby. Nie ma problemu z przełączeniem na pas? => Wymagana dokładność zatrzymania w zastosowaniu wynosi ± 0,05 ~ 0,1 mm, co nie jest tak dokładne jak dla śruby.Dlatego, to powinno być w porządku, aby zastąpić z pasem.
• W przypadku przejścia na pas, sztywność mechanizmu jest niska, co powoduje niestabilność ruchów serwomotora. => Wśród silników pozycjonujących silniki stopniowe nie mają wbudowanego kodera.Z tego powoduW przypadku silników stopniowych, które nie wymagają regulacji i są odporne na niską sztywność, ich ruchy są stabilne bez względu na wahające się obciążenia.

Szacowanie

Mechanizm: Koła pasowe + silnik: Spróbuj z silnikiem stopniowym

Problemy

1Różnica w dokładności zatrzymania między śrubą a pasem...
2. Wpływ niskiej sztywności... wpływ na czas osiedlenia, unikając problemów z dostrojem
• Lepsza dokładność zatrzymania przy użyciu śruby. Nie ma problemu z przełączeniem na pas? => Wymagana dokładność zatrzymania w zastosowaniu wynosi ± 0,05 ~ 0,1 mm, co nie jest tak dokładne jak dla śruby.Dlatego, to powinno być w porządku, aby zastąpić z pasem.
• W przypadku przejścia na pas, sztywność mechanizmu jest niska, co powoduje niestabilność ruchów serwomotora. => Wśród silników pozycjonujących silniki stopniowe nie mają wbudowanego kodera.Z tego powoduW przypadku silników stopniowych, które nie wymagają regulacji i są odporne na niską sztywność, ich ruchy są stabilne bez względu na wahające się obciążenia.

Szacowanie

Mechanizm: Koła pasowe + silnik: Spróbuj z silnikiem stopniowym

• Masa przenośna -> Maksymalna dopuszczalna obciążenie 7 kg • Prędkość jazdy -> Ulepszona do 800 mm/s.Mechanizm => Przechodząc od śruby kulkowej do mechanizmu pasów, obniżyła koszty o 7%!

Wyniki

Można było znacznie zmniejszyć koszty!
Poprzez przeprowadzenie przeglądu mechanizmu w oparciu o zero, a także wybór silnika w oparciu o cechy, udało nam się zwiększyć specyfikacje i zmniejszyć koszty,nawet z wielkością silnika stał się nieco większyW przeszłości wybór silnika był dokonywany na podstawie jego łatwości użytkowania lub znajomości.To było zaskakujące, że silniki stopniowe są bardziej przystępne niż oczekiwanoW przypadku innych urządzeń wykorzystujących tę metodę musi istnieć możliwość obniżenia kosztów.W tym czasie maksymalnie zwiększenie właściwości motorycznych jest kluczem.

Który silnik ma wyższą dokładność hamowania - silnik stopniowy czy serwomotor?

Wymóg klienta: Szukasz silnika o dobrej dokładności zatrzymania.

Założenie: serwomotor NX serii AC jest wyposażony w 20-bitowy koder, dlatego powinien mieć dobrą rozdzielczość i dobrą dokładność hamowania.

Po pierwsze, należy wyjaśnić różnicę między rozdzielczością i dokładnością zatrzymania: rozdzielczość jest liczbą kroków na obrót i jest również nazywana kątem kroku dla silników kroków.Jest to konieczne przy rozważaniu dokładności wymaganego pozycjonowania.Dokładność zatrzymania jest różnicą między rzeczywistą pozycją zatrzymania a teoretyczną pozycją zatrzymania.

Czy oznacza to, że serwomotor przemiennego prądu wyposażony w koder o wysokiej dokładności ma lepszą dokładność hamowania niż silniki stopniowe?
W przeszłości nie było żadnych problemów z koncepcją "przystąpienia do zatrzymania serwo silników jest równa rozdzielczości kodera w zakresie ± 1 impuls".Ostatnie silniki serwo są wyposażone w 20-bitowy koder (1,048Z tego powodu błędy wynikające z dokładności instalacji kodera mają ogromny wpływ na stopniowanie dokładności.Pojęcie dokładności zatrzymania nieco się zmieniło..
Zgodnie z wykresami porównawczymi dokładność hamowania pomiędzy silnikami stopniowymi a serwomotorami AC jest prawie taka sama (± 0,02o ~ 0,03o).Dokładność zależy od precyzji mechanicznej silnika dla silników kroków, więc jeśli pozycja zatrzymania może być wykonana na 7,2o, pozycjonowanie jest wykonywane przez te same małe zęby na wirniku przez cały czas, zgodnie z konstrukcją silnika.Pozwala to na dalszą poprawę dokładności hamowania.
Jednakże silniki stopniowe mogą generować kąt przemieszczenia w zależności od wartości momentu obrotowego obciążenia.Silniki serwo AC mogą mieć szerszą szerokość polowania w odpowiedzi na regulacje zyskuZ tych powodów należy zachować pewne ostrożność.

Porównanie dokładności zatrzymania pomiędzy silnikami stopniowymi a serwomotorami AC