Silniki krokowe z technologią zamkniętej pętli stopniowo przenikają do aplikacji serwonapędów
W coraz bardziej zaawansowanych zastosowaniach automatyki przemysłowej postępy w technologii zmieniają stosunek wydajności do kosztów między silnikami krokowymi i serwosilnikami.
Dzięki technologii z zamkniętą pętlą, tańsze silniki krokowe nieustannie przenikają do aplikacji, które pierwotnie były zdominowane przez wysokokosztowe serwosilniki.
Silnik krokowy i silnik servo
Zgodnie z konwencjonalną mądrością, systemy sterowania serwomechanizmami działają lepiej w aplikacjach, które wymagają prędkości przekraczających 800 obr./min i wymagają dużej odpowiedzi dynamicznej. Silniki krokowe są bardziej odpowiednie do zastosowań przy niższych prędkościach, niskich i średnich przyspieszeniach i / lub wymagających większego momentu trzymania.
Więc jaka jest podstawa dla tej tradycyjnej koncepcji silników krokowych i serwosilników?
Struktura
Silnik krokowy obraca się stopniowo, a cewka magnetyczna służy do stopniowego przyciągania magnesu z jednej pozycji do drugiej. Aby przesunąć 100 pozycji silnika w dowolnym kierunku, obwód wymaga 100 kroków silnika. Silniki krokowe wykorzystują impulsy w celu uzyskania przyrostowego ruchu, umożliwiając precyzyjne pozycjonowanie bez użycia jakichkolwiek czujników sprzężenia zwrotnego.
Metoda ruchu serwomotoru jest inna. Łączy czujnik położenia - enkoder - z wirnikiem magnetycznym w celu ciągłego wykrywania dokładnej pozycji silnika. Serwo monitoruje różnicę między rzeczywistą pozycją silnika i pozycją polecenia i odpowiednio dostosowuje prąd. Ten zamknięty układ pętli utrzymuje silnik w prawidłowym stanie ruchu.
Prostota i koszt
Silniki krokowe są nie tylko tańsze niż silniki serwo, ale są również łatwiejsze do uruchomienia i konserwacji. Silnik krokowy jest stabilny w spoczynku i może utrzymać pozycję (nawet przy obciążeniach dynamicznych). Jeśli jednak niektóre aplikacje mają wyższe wymagania wydajnościowe, należy zastosować droższe i bardziej złożone serwosilniki.
Pozycjonowanie
Istnieją istotne różnice między silnikami krokowymi i serwosilnikami w aplikacjach, w których zawsze trzeba znać dokładną pozycję maszyny. W aplikacjach z otwartą pętlą ruchu sterowanych przez silniki krokowe, system sterowania zakłada, że silnik jest zawsze w prawidłowym stanie ruchu. Jednak po wystąpieniu problemu, takiego jak usterka silnika spowodowana przez zacięcie komponentu, sterownik nie może znać faktycznej pozycji maszyny, powodując utratę pozycji. System zamkniętej pętli samego siłownika ma tę zaletę: jeśli zostanie przechwycony przez obiekt, zostanie natychmiast wykryty. Maszyna przestanie działać i nigdy nie straci swojej pozycji.
Prędkość i moment obrotowy
Różnica w wydajności pomiędzy silnikami krokowymi i serwosilnikami wynika z ich różnych konstrukcji silników. Liczba biegunów silnika krokowego jest znacznie większa niż w silniku servo. Dlatego też silnik krokowy obraca się o jeden pełny obrót, a wymagana liczba wymian prądu uzwojenia jest znacznie wyższa, co powoduje gwałtowny spadek momentu obrotowego w przypadku zwiększonej prędkości. Ponadto, silnik krokowy może stracić synchronizację prędkości, jeśli osiągnięty zostanie maksymalny moment obrotowy. Z tych powodów serwosilniki są preferowanym rozwiązaniem w większości zastosowań o dużej prędkości. W przeciwieństwie do tego, liczba biegunów silnika krokowego jest korzystna przy niskich prędkościach, ponieważ silnik krokowy ma przewagę momentu nad silnikiem serwo o tym samym rozmiarze.
Zużycie ciepła i energii
Silniki krokowe o otwartej pętli wykorzystują stały prąd i rozpraszają dużo ciepła. Sterowanie w zamkniętej pętli zapewnia tylko prąd wymagany przez pętlę prędkości, co pozwala uniknąć problemów z ogrzewaniem silnika.
Porównanie silnika krokowego i silnika servo
System sterowania serwomechanizmem najlepiej nadaje się do zastosowań wymagających dużej prędkości, obejmujących dynamiczne zmiany obciążenia, takie jak ramiona robotyczne. Układy sterowania krokowego są lepiej dostosowane do zastosowań wymagających niskiego do średniego przyspieszenia i wysokiego momentu trzymania, takich jak drukarki 3D, przenośniki taśmowe i wały przeciwne. Ponieważ silniki krokowe są tańsze, koszt systemu automatyzacji można zmniejszyć po użyciu. Jeśli system sterowania ruchem musi wykorzystywać charakterystykę serwomotoru, musi udowodnić, że te silniki o wyższych kosztach są warte zachodu.
Kierując się zaawansowaniem technologii zamkniętej pętli, silniki krokowe mogą przenikać do wysokowydajnych, szybkich aplikacji, które wcześniej były całkowicie siłownikami.
