Что нужно знать о шаговых двигателях

01.07.2018 07:18

Мощная способность высоконадежных шаговых двигателей


Шаговые двигатели часто ошибочно воспринимаются как меньшее количество серводвигателей, но на самом деле они очень надежны, как сервомоторы. Двигатель работает путем точной синхронизации с импульсным сигналом, поступающим от контроллера к двигателю, достигая высокоточного позиционирования и контроля скорости. Шаговые двигатели отличаются высоким крутящим моментом и низкой вибрацией на низких скоростях, что идеально подходит для приложений, требующих быстрого позиционирования на коротких расстояниях.

Все, что вам нужно знать о шаговых двигателях

«Шаговые двигатели? Сервомоторы должны иметь лучшую производительность». Это типичный ответ, когда его спрашивают о шаговых двигателях. Очевидно, существует большое заблуждение относительно шаговых двигателей. Фактически, шаговые двигатели использовались в различных типах применений, таких как современное оборудование и доступные автоматизированные инструменты. В этой статье объясняются причины, по которым шаговые двигатели были постоянно выбраны. Некоторые читатели могут сказать, что раньше они не видели шагового двигателя. Шаговые двигатели использовались во многих применениях и отраслях промышленности в качестве моторного решения для систем привода, требующих высокоточного контроля, таких как автоматизация производства (FA), производственное оборудование для полупроводников, FPD и солнечных панелей, медицинские устройства, аналитические приборы, прецизионная стадия, финансовые системы, машины для упаковки пищевых продуктов,

Почему вы используете шаговый двигатель?

Простая в использовании: 34%
Недорогая: 17%
Простые операции: 16%
Нет необходимости в настройке: 12%
Другое: 21%
* Количество вопросов: 258 (разрешено несколько ответов)

Ключевые моменты шагового двигателя:

  1. Ппростота использования
  2. Ппростые операции
  3. Низкая стоимость
Согласно опросу пользователей шаговых двигателей, многие предпочитают шаговые двигатели для их «простоты использования», «простых операций» и «низкой стоимости», полученных из структуры и конфигурации системы. Имеет смысл, что многие пользователи находят такие положительные аспекты в шаговых двигателях, благодаря простой структуре и конфигурации системы. Однако некоторые читатели могут скептически относиться к фактическим характеристикам двигателя с точки зрения его точности и крутящего момента. Нелегко полностью понять всю идею, если нет сравнительных примеров с другими управляющими двигателями, такими как сервомоторы. Зная характеристики и применяя различные подходы на основе требуемых операций, шаговые двигатели, безусловно, могут снизить стоимость оборудования. Ниже приведены характеристики и техническая информация шаговых двигателей:

Впечатляющая «Точность остановки». Быстро перемещается в режиме «Низкий / средний диапазон»
Шаговые двигатели имеют замечательную точность остановки и возможно точное управление с разомкнутым контуром. Например, при использовании серии RK II для позиционирования вращающегося стола точность его остановки составляет ± 0,05 ° (без нагрузки). Поскольку ошибки остановки положения не накапливаются между этапами, возможно высокоточное позиционирование. Конструкция шагового двигателя, которая не требует кодировщика, позволяет использовать простую систему привода и недорого.

Точная точность остановки
Например, при преобразовании точности остановки ± 0,05 ° шагового двигателя в шаровой винтовой механизм:

Условия эксплуатации:
• Двигатель: серия RK II

• Винт шарикового винта: 10 мм

Точность срабатывания: ± 1,4 мкм
Как правило, точность типа шарового винта составляет ± 10 мкм. При использовании типа свернутого шарикового винта его точность уменьшается до ± 20 мкм, что указывает на то, что точность остановки шагового двигателя намного выше, чем у шариковых винтов.
точность остановки шагового двигателя
Высокий крутящий момент в диапазоне низких / средних скоростей - еще одна отличная особенность шаговых двигателей. Одной из основных особенностей серводвигателей является создание плоского крутящего момента от средних до высокоскоростных диапазонов. Сервомоторы подходят для длительных операций (много поворотов). С другой стороны, крутящие характеристики шаговых двигателей не плоские. Кривая крутящего момента в диапазоне низких / средних скоростей имеет тенденцию становиться очень высокой, становясь очень низкой в ​​высокоскоростном диапазоне. Помимо стабильных поворотов в низкоскоростном диапазоне, с которыми работают сервомоторы, шаговые двигатели могут обеспечить высокий крутящий момент в требуемом диапазоне скоростей для коротких операций (меньше оборотов), поэтому они подходят для выбора желаемого угла поворота для множественного вращения таблиц и дюймовых приложений. Это связано с коротким временем позиционирования для короткого хода, таким образом, двигатель замедляется и останавливается до достижения максимальной скорости. Другими словами, высокоскоростные характеристики обычно не требуются.

Высокая оперативность и отличная синхронизация шагового мотора

Третьей замечательной особенностью шаговых двигателей является отзывчивость. Управление с разомкнутым контуром, которое посылает односторонние команды двигателю, имеет высокий механизм контроля по командам. Хотя сервомоторы, которые ждут обратной связи от датчика, имеют тенденцию иметь «задержки» с командами, шаговые двигатели работают синхронно с импульсом. Поэтому очень мало «задержек», что приводит к отличной реакции. По этой причине шаговые двигатели подходят для применений, требующих синхронных операций с несколькими двигателями. Одним из примеров является приложение для переноса плат, которое требует двух конвейеров с одним установленным двигателем для передачи плат между двумя конвейерами.

Отлично низкий / средний диапазон!
Пример: Крутящий момент корпуса двигателя 85 мм эквивалентен номинальному крутящему моменту серводвигателя мощностью 400 Вт при 1000 об / мин.

Крутящий момент в диапазоне с более низкой скоростью может быть в 5 раз выше. Для позиционирования с коротким расстоянием важно иметь высокий крутящий момент в диапазоне низких / средних скоростей.
Подходящие приложения
Шаговые двигатели, за исключением медленного запуска и остановки, подходят для позиционирования процессоров проверки изображения, которые не любят вибрации, кулачковые приводы, которые трудно подстраивать с серводвигателями, и механизмы с низкой жесткостью, такие как ременный привод. Кроме того, стоимость значительно снижается за счет замены шарового винта на ленточный привод.
Шаговые двигатели,  подходят для позиционирования процессоров проверки изображения

Основы шаговых двигателей

Эксплуатация и структура
Шаговый двигатель вращается с фиксированным углом шага, точно так же, как секундная стрелка часов. Высокоточное позиционирование может выполняться с помощью управления с разомкнутым контуром благодаря механической структуре внутри двигателя.

Точное позиционирование (количество шагов)
Имея полный контроль вращения и скорости, простая конструкция шаговых двигателей достигается без использования электрических компонентов, таких как датчик в двигателе. По этой причине шаговые двигатели очень надежны и имеют высокую надежность с очень небольшим количеством отказов. Что касается точности остановки, то ± 0,05 ° (без кумулятивных погрешностей шага) является очень точным. Поскольку позиционирование шаговых двигателей осуществляется с помощью управления с разомкнутым контуром и управляется намагниченным статором и магнитным ротором с небольшими зубьями, шаговые двигатели имеют более высокий механизм наблюдения за командами, чем сервомоторы. Кроме того, при остановке шаговых двигателей не происходит никакой охоты. Они также превосходны в ременных приводах, которые имеют низкую жесткость.

Полезно для управления скоростью и позиционирования
Когда импульсы вводятся водителю через генератор импульсов, положение шаговых двигателей зависит от количества входных импульсов. Основной шаг шага 5-фазных шаговых двигателей составляет 0,72 ° и 1,8 ° для двухфазных шаговых двигателей. Скорость вращения шагового двигателя определяется скоростью частоты импульсов (Гц), заданной водителю, и можно свободно изменять вращение двигателя, просто меняя количество входных импульсов или частот на драйвер. Шаговые двигатели не только служат двигателями управления положением, но и как двигатели с высокой скоростью синхронизации.

Шаговые двигатели Используют:

• Высокочастотное повторяющееся позиционирование фиксированных углов шага
• Позиционирование, требующее длительного времени остановки из-за регулировки ширины и т. Д.
• Колебание нагрузок и изменение жесткости
• Позиционирование, разделяющее 1 цикл
• Валы двигателя, требующие синхронной работы
Операционная система
Простое управление без датчика или обратной связи
Поскольку при синхронизации с количеством командных импульсов и скорости можно выполнять точное позиционирование и управление положением, нет необходимости в устройствах, таких как датчик, для позиционирования. Поэтому вся система проста в построении. Если расширенное управление, такое как операция интерполяции, не требуется, рекомендуется использовать драйвер типа функции встроенного контроллера. Стоимость снижается за счет устранения контроллеров, таких как генератор импульсов и модули позиционирования ПЛК.

Встроенный датчик с замкнутым контуром
Хотя возможно позиционирование с высокой точностью при управлении с разомкнутым контуром, что произойдет, если возникнет проблема? Во избежание таких ошибок можно использовать тип энкодера или встроенный датчик управления с замкнутым контуром (серия AR).
снизить стоимость шагового двигателя
Можно ли дополнительно снизить стоимость?
Общей проблемой среди инженеров-проектировщиков является снижение затрат. Нет ли способа дальнейшего снижения стоимости? Для выяснения теста снижения издержек с усовершенствованиями спецификации проводилось на основе шарового винта. Ниже объясняются детали теста:

миссия
Линейный механизм движения
1. Дальнейшее увеличение скорости
2. Дальнейшее сокращение затрат
[Условия первоначально заправленного оборудования] Механизм: шаровой винт + серводвигатель Условия, такие как нагрузка, скорость и свинец, показанные справа, определяются на основании прилагаемого серводвигателя с шариковыми винтами и стальной пластиной.
Линейный механизм движения
План
Измените механизм на ленточный шкив
• Шариковый винт при попытке увеличить скорость => Механизм пояса может быть более подходящим => 1000 мм / сек до 1500 мм / с возможно с помощью механизма ремня. Измените ремень, если нет проблемы с точностью позиционирования. • Уменьшите стоимость, если возможно изменение ремня. => Пояс недорогой, но его низкая жесткость может повлиять на стабильность работы серводвигателя даже при автоматической настройке.

механизм на ленточный шкив
Проблемы
1. Разница в точности остановки между винтом и поясом ... Насколько важна точность остановки?
2. Влияние низкой жесткости ... Воздействие на время удержания, предотвращение проблемы настройки
• Лучше прекратить точность с помощью винта. Нет проблем с изменением ремня? => Требуемая точность остановки приложения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точно, как для винта. Поэтому заменить его ремнем следует.
• При замене ремня жесткость на механизме становится низкой, поэтому движения сервомотора становятся неустойчивыми. => Среди позиционирующих двигателей шаговые двигатели не имеют встроенного датчика. По этой причине они не требуют регулировки и сильны против низкой жесткости. Их движения стабильны независимо от колебаний нагрузки. Если выход такой же, рассмотрите шаговые двигатели.
• Переносная масса -> Макс. допустимая нагрузка 7 кг • Скорость движения -> Улучшено до 800 мм / с Двигатель => Изменяя с шагового двигателя на серводвигатель, сниженная стоимость на 50%! Механизм => Изменяя шаровой винт на механизм ремня, уменьшенная стоимость на 7%!

Результаты
Было много места для снижения стоимости!
Проведя нулевой обзор механизма, а также выбор двигателя на основе характеристик, нам удалось увеличить технические характеристики и снизить стоимость, даже если размер двигателя стал немного больше. В прошлом выбор двигателя производился на основе его простоты использования или знакомства. После этого стало очевидным различие в операциях между серводвигателями и шаговыми двигателями. Удивительно, что шаговые двигатели более доступны, чем ожидалось. Используя этот метод, должно быть место для снижения стоимости других устройств. Это упражнение подтвердило, что ключом является хорошо сбалансированный выбор между характеристиками двигателя и стоимостью, при этом максимальные характеристики двигателя являются ключевыми.

Кто имеет более высокую точность остановки - шаговый двигатель или серводвигатель?

Запрос клиента:  поиск двигателя с хорошей точностью остановки. Какая разница между шаговыми двигателями и серводвигателями?

Предполагается : серводвигатель переменного тока серии NX оснащен 20-битным кодировщиком, поэтому он должен иметь точное разрешение и хорошую точность остановки.

Во-первых, необходимо прояснить разницу между точностью разрешения и остановки: разрешение - это количество шагов на оборот, и это также называется ступенчатым углом для шаговых двигателей. Это необходимо при рассмотрении того, насколько точным должно быть требуемое позиционирование. Точность останова - это разница между фактическим положением остановки и теоретическим положением остановки.
 
Вернуться к списку