Suljettu silmukkaaskelmoottoritovat muuttaneet suorituskyky-kustannussuhdetta monissa liikkeenohjaussovelluksissa. VIC-suljetun silmukan progressiivisten moottoreiden menestys on myös avannut mahdollisuuden korvata kalliit servomoottorit edullisillaaskelmoottoritYhä useammassa korkean standardin mukaisessa teollisuusautomaatiosovelluksessa teknologinen kehitys muuttaa askelmoottoreiden ja servomoottoreiden välistä suorituskyky-kustannussuhdetta.
Askelmoottorit vs. servomoottorit
Yleisen käsityksen mukaan servo-ohjausjärjestelmät toimivat paremmin sovelluksissa, joissa vaaditaan yli 800 rpm:n nopeuksia ja suurta dynaamista vastetta. Askelmoottorit sopivat paremmin sovelluksiin, joissa on alhaisemmat nopeudet, pieni tai keskivahva kiihtyvyys ja suuri pitomomentti.
Mihin tämä askelmoottoreita ja servomoottoreita koskeva yleinen käsitys sitten perustuu? Analysoidaan sitä tarkemmin alla.
1. Yksinkertaisuus ja kustannukset
Askelmoottorit eivät ole ainoastaan halvempia kuin servomoottorit, vaan ne ovat myös yksinkertaisempia ottaa käyttöön ja huoltaa. Askelmoottorit ovat vakaita paikallaan ja pitävät asentonsa (myös dynaamisilla kuormilla). Jos tietyt sovellukset vaativat suurempaa suorituskykyä, on kuitenkin käytettävä kalliimpia ja monimutkaisempia servomoottoreita.
2. Rakenne
Askelmoottoritpyörivät porrastetusti käyttäen magneettikäämejä, jotka vetävät magneettia vähitellen paikasta toiseen. Moottorin liikuttamiseksi 100 asentoa mihin tahansa suuntaan piiri vaatii 100 askellusoperaatiota. Askelmoottorit käyttävät pulsseja inkrementaalisten liikkeiden saavuttamiseen, mikä mahdollistaa tarkan paikannuksen ilman takaisinkytkentäantureiden käyttöä.
Servomoottorin liiketapa on erilainen. Se yhdistää asentoanturin – eli enkooderin – magneettiroottoriin ja mittaa jatkuvasti moottorin tarkan sijainnin. Servomoottori valvoo moottorin todellisen sijainnin ja käsketyn sijainnin välistä eroa ja säätää virtaa vastaavasti. Tämä suljetun silmukan järjestelmä pitää moottorin oikeassa liiketilassa.
3. Nopeus ja vääntömomentti
Askel- ja servomoottoreiden suorituskykyero johtuu niiden erilaisista moottorisuunnitteluratkaisuista.Askelmoottoritniillä on paljon suurempi napamäärä kuin servomoottoreilla, joten askelmoottorin täysi kierros vaatii paljon enemmän käämivirranvaihtoja, mikä johtaa vääntömomentin nopeaan laskuun kasvavilla nopeuksilla. Lisäksi, jos maksimivääntömomentti saavutetaan, askelmoottori saattaa menettää nopeuden synkronointitoimintonsa. Näistä syistä servomoottorit ovat ensisijainen ratkaisu useimmissa suurnopeussovelluksissa. Sitä vastoin askelmoottorin suurempi napamäärä on edullinen pienemmillä nopeuksilla, jolloin askelmoottorilla on vääntömomenttietu samankokoiseen servomoottoriin verrattuna.
Askelmoottorin vääntömomentti pienenee nopeuden kasvaessa
4. Paikannus
Askelmoottoreiden ja servomoottoreiden välillä on tärkeitä eroja sovelluksissa, joissa koneen tarkka sijainti on tiedettävä jatkuvasti. Askelmoottoreilla ohjatuissa avoimen silmukan liikesovelluksissa ohjausjärjestelmä olettaa, että moottori on aina oikeassa liiketilassa. Ongelman, kuten juuttuneen komponentin aiheuttaman moottorin jumiutumisen, jälkeen ohjain ei kuitenkaan pysty tietämään koneen todellista sijaintia, mikä voi johtaa sijainnin menettämiseen. Servomoottorin suljetun silmukan järjestelmällä on etu: jos jokin esine jumittaa sen, se havaitsee sen välittömästi. Kone pysähtyy eikä ole koskaan pois asennostaan.
5. Lämmön ja energian kulutus
Avoimen silmukan askelmoottorit käyttävät kiinteää virtaa ja tuottavat paljon lämpöä. Suljetun silmukan ohjaus tuottaa vain nopeussilmukan tarvitseman virran ja välttää siten moottorin lämpenemisen ongelman.
Vertailun yhteenveto
Servomoottorien ohjausjärjestelmät sopivat parhaiten nopeisiin sovelluksiin, joissa tapahtuu dynaamisia kuormituksen muutoksia, kuten robottikäsivarsiin. Askelmoottorien ohjausjärjestelmät taas sopivat paremmin sovelluksiin, jotka vaativat pientä tai keskisuurta kiihtyvyyttä ja suurta pitomomenttia, kuten 3D-tulostimiin, kuljettimiin, apuakseleihin jne. Koska askelmoottorit ovat halvempia, ne voivat alentaa automaatiojärjestelmien kustannuksia käytettäessä. Liikkeenohjausjärjestelmien, joiden on hyödynnettävä servomoottorien ominaisuuksia, on osoitettava, että nämä kalliimmat moottorit ovat kullanarvoisia.
Askelmoottorit suljetun silmukan ohjauksella
Integroidulla elektronisella ohjauksella varustettu askelmoottori vastaa kaksivaiheista harjatonta tasavirtamoottoria ja voi suorittaa asentosilmukan säätöä, nopeussilmukan säätöä, DQ-säätöä ja muita algoritmeja. Suljetun silmukan kommutointiin käytetään yhden kierroksen absoluuttianturia, mikä varmistaa optimaalisen vääntömomentin millä tahansa nopeudella.
Alhainen energiankulutus ja viileydenpito
VIC-askelmoottorit ovat erittäin energiatehokkaita. Toisin kuin avoimen silmukan askelmoottorit, jotka toimivat aina täydellä virralla ja aiheuttavat lämpö- ja meluongelmia, virta muuttuu liikkeen todellisten olosuhteiden mukaan, esimerkiksi kiihdytyksen ja hidastuksen aikana. Servojen tavoin näiden askelmoottoreiden kulloinkin kuluttama virta on verrannollinen tarvittavaan vääntömomenttiin. Koska moottori ja integroitu elektroninen ohjauskortti toimivat viileämpänä, VIC-askelmoottorit voivat saavuttaa suurempia huippuvääntömomentteja kuin servomoottorit.
VIC-askelmoottorit vaativat vähemmän virtaa jopa suurilla nopeuksilla
Suljetun silmukan tekniikan kehityksen ansiosta askelmoottorit pystyvät tunkeutumaan tehokkaisiin ja nopeisiin sovelluksiin, jotka aiemmin kuuluivat yksinomaan servomoottoreille.
Askelmoottorit suljetun silmukan tekniikalla
Entä jos suljetun silmukan servotekniikan etuja voitaisiin soveltaa askelmoottoreihin?
Voisimmeko saavuttaa servomoottoreiden kanssa vertailukelpoisen suorituskyvyn ja silti hyödyntää askelmoottoreiden kustannusedut?
Yhdistämällä suljetun silmukan ohjausteknologian askelmoottorista tulisi kattava tuote, joka tarjoaa sekä servo- että askelmoottorien edut edulliseen hintaan. Koska suljetun silmukan askelmoottorit tarjoavat merkittäviä parannuksia suorituskykyyn ja energiatehokkuuteen, ne voivat korvata kalliimpia servomoottoreita yhä useammissa korkean standardin sovelluksissa.
Seuraavassa on esimerkki VIC-integroidusta askelmoottorista, jossa on sisäänrakennettu suljetun silmukan ohjaus, joka selittää suljetun silmukan tekniikalla varustettujen askelmoottoreiden suorituskyvyn sekä edut ja haitat.
Täsmälleen vastaavat suorituskykyvaatimukset
Jotta varmistetaan riittävä vääntömomentti häiriöiden voittamiseksi ja askelhäviöiden välttämiseksi, avoimen silmukan askelmoottoreiden on yleensä varmistettava, että vääntömomentti on vähintään 40 % suurempi kuin sovelluksen vaatima arvo. Suljetun silmukan nykyaikaisilla askelmoottoreilla ei ole tätä ongelmaa. Kun nämä askelmoottorit jumiutuvat ylikuormituksen vuoksi, ne pitävät kuorman edelleen menettämättä vääntömomenttia. Ne jatkavat toimintaansa ylikuormitustilanteen poistamisen jälkeen. Maksimivääntömomentti voidaan taata millä tahansa nopeudella, ja asentoanturi varmistaa, ettei askelhäviöitä tapahdu. Suljetun silmukan askelmoottorit voidaan siksi määrittää vastaamaan tarkasti kyseisen sovelluksen vääntömomenttivaatimuksia ilman 40 %:n lisämarginaalia.
Avoimen silmukan askelmoottoreilla on vaikea saavuttaa korkeita hetkellisiä vääntömomenttivaatimuksia askelhäviöiden riskin vuoksi. Verrattuna perinteisiin askelmoottoreihin, suljetun silmukan VIC-askelmoottorit voivat saavuttaa erittäin nopean kiihtyvyyden, alhaisen käyttömelun ja matalan resonanssin. Ne voivat toimia paljon suuremmilla kaistanleveyksillä ja saavuttaa erinomaisen suorituskyvyn.
Ei kaappia
Toda integroi taajuusmuuttajan ohjauskortin moottoriin, mikä vähentää johdotuksen määrää ja yksinkertaistaa toteutusratkaisua. Todan avulla voit rakentaa koneita ilman kaappeja.
Elektroniikan integrointi askelmoottoreihin vähentää monimutkaisuutta
Suljetun silmukan tekniikan ansiosta suljetun silmukan askelmoottorit tarjoavat käyttäjille erinomaisen tarkkuuden ja tehokkuuden, servomoottorin suorituskyvyn ja askelmoottorin alhaisen hinnan ansiosta. Edullisemmat askelmoottorit valtaavat vähitellen sovelluksia, joissa muuten olisivat hallitsevat kalliit servomoottorit.
Julkaisun aika: 10. huhtikuuta 2023