Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что лучше шаговый двигатель или серводвигатель

  • 1 Описание
  • 2 Состав сервопривода
  • 3 Сравнение с шаговым двигателем
  • 4 Виды сервопривода
  • 5 Применение
    • 5.1 Серводвигатель
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Сервоприводом является любой тип механического привода (устройства, рабочего органа), имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т. п.) и блок управления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).

Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

К сервоприводам, как к категории приводов, относится множество различных регуляторов и усилителей с отрицательной обратной связью, например, гидро-, электро-, пневмоусилители ручного привода управляющих элементов (в частности, рулевое управление и тормозная система на тракторах и автомобилях), однако термин «сервопривод» чаще всего (и в данной статье) используется для обозначения электрического привода с обратной связью по положению, применяемого в автоматических системах для привода управляющих элементов и рабочих органов.

Сервоприводы в настоящее время применяются в высокопроизводительном оборудовании следующих отраслей: машиностроение; автоматические линии производства: напитков, упаковки, стройматериалов, электроники и т. д., подъемно-транспортная техника; полиграфия; деревообработка, пищевая промышленность. [ источник не указан 1469 дней ]

Сервопривод и шаговый двигатель: что это и в чем разница?

Шаговый двигатель представляет собой бесколлекторное устройство электромеханического типа, имеющее несколько обмоток. Короткие электроимпульсы, подаваемые драйвером, последовательно активируют каждую из обмоток и приводят в движение ротор, вызывая угловые дискретные (или шаговые, что и является источником названия двигателей) перемещения. Для всех шаговых двигателей свойственно осуществление позиционирования на плоскости без обратной связи, ввиду отсутствия энкодера.

Устройство шагового двигателя

Серводвигатель является комплексным устройством, состоящим из как такового привода (щеточный или бесщеточный электромотор), управляющего блока и энкодера для связи с контроллером. Датчик обратной связи при помощи сигналов информирует станок о скорости, угловом положении и прочих параметрах движения.

Высокоскоростной синхронный серводвигатель с принудительным воздушным охлаждением

Шаговый двигатель: достоинства и недостатки

Шаговый двигатель используется на многих граверах, фрезерах, лазерах и прочих станках с программным управлением, которые применяются в металло- и деревообработке, рекламной деятельности, производстве электронных игрушек, товаров декоративно-прикладного назначения и во многих других отраслях. Популярность такого типа электромоторов обусловлена несколькими факторами, в числе которых:

  • длительный эксплуатационный период по причине отсутствия хрупких деталей. Вывести двигатель из строя может только повреждение одной из обмоток или истирание подшипников, что происходит только после очень продолжительного и интенсивного использования;
  • стабильная и высокоточная работа в определенном диапазоне скоростей и нагрузок;
  • низкая стоимость;
  • на невысоких скоростях точность позиционирования инструмента может доходить до ± 0,01 мм при условии использования качественных направляющих;
  • может управляться любыми программными оболочками ЧПУ станков;
  • способность работать в большом температурном диапазоне;
  • невосприимчивость к механическим нагрузкам, принудительным остановкам и реверсированию.

Однако есть у шаговых двигателей и некоторые недостатки, которые ограничивают сферу их применения или доставляют неудобства:

  • высокая шумность;
  • возникновение вибраций, резонансности и биений на больших скоростях;
  • максимальная скорость разгона за минуту составляет 120 оборотов;
  • низкая предельная скорость перемещения. Для фрезеров — 9 м/мин, для лазерно-гравировальных аппаратов — до 25 м/мин;
  • повышение скорости сверх установленных лимитов приводит к появлению вибраций и пропуску шагов;
  • отсутствие обратной связи провоцирует брак в случае внезапной остановки, попадания посторонних предметов в зону обработки, пропуска шага и т. д.

Сервопривод: плюсы и минусы

Сервопривод встречается на оборудовании с ЧПУ не менее часто, чем шаговый двигатель, но, в силу специфики работы используется на станках, от которых ожидается максимально высокая скорость обработки или повышенная производительность. Речь идет о фрезерах и лазерах, применяемых для выпуска серийной продукции в особо крупных объемах или аппаратах, работающих в сфере протезирования, макетирования, ювелирной области, робототехнике и прочих производствах, где прецизионная точность ставится во главу угла. Из достоинств серводвигателей можно выделить такие, как:

  • соблюдение плавности хода и точности перемещения на любых скоростях, оборотах и нагрузках;
  • практически абсолютная бесшумность при работе;
  • высокая мощность при малых габаритах;
  • широкой скоростной и мощностной диапазон;
  • разгон до 500 оборотов в минуту и торможение происходят за 0,1 секунды;
  • скорость перемещения инструментальной головки может доходить до 60-70 м/мин;
  • использование серводвигателей контурного управления позволяет добиться очень высокой динамической точности (около 0,002 мм). Позиционные устройства проходят заданную траекторию чуть с большей погрешностью, тем не менее, точность по-прежнему превосходит этот же параметр у шагового двигателя;
  • отсутствие вибраций, рывков, резонансов;
  • датчик обратной связи в режиме реального времени отслеживает все аспекты движения на любых траекториях, своевременно передавая их системе управления станком. В случае любых отклонений от программы происходит коррекция и возврат к правильному маршруту, что позволяет минимизировать появление брака.
Читать еще:  Что делать если загустела масло двигателе

Как и его «коллега», шаговый двигатель, сервопривод тоже не лишен недостатков

  • ремонт устройства может оказаться настолько дорогостоящим, что может сравниться по цене с новым двигателем;
  • бесколлекторные приводы по цене дороже шаговых примерно в 1,5-2 раза. Модели со щетками более бюджетны, однако щетки в них необходимо менять каждые 5 тыс. отработанных часов;
  • в некоторых случаях принудительная остановка двигателя приводит к его перегреву и может вывести привод из строя.

Вывод

Шаговый двигатель и сервопривод никак нельзя назвать конкурирующими устройствами и приобретение дорогостоящего сервомотора не всегда целесообразно. Применение каждого из них обусловлено рядом сопутствующих факторов, среди которых приоритетные места занимают скорость и точность обработки.

Представляем профессиональный фрезерный станок для обработки камня 1325 Stone. Запуск станка, процесс работы и пример готового изделия на видео.

В гостях у нашего постоянного клиента компании «Пластфактория», которые занимаются изготовлением POS-материалов и сотрудничают с крупными косметическими брендами.

Видеоотчет с посещения производства наших клиентов — компания «АЛЬТАИР». О работе на производстве, изготавливаемых изделиях и станках от компании Wattsan.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Сервопривод или шаговый двигатель? Как работают и что выбирать

В станках с числовым программным управлением (фрезерные, токарные, карусельные станки, машины плазменной резки и т.д.) для перемещения исполнительных элементов (суппортов, кареток и т.д.) используется шаговый привод или сервопривод. В этой статье немного объясним о их работе, принципиальных различиях и когда какой уместно применять.

Шаговый привод

Представляет собой шаговый электродвигатель с блоком управления. При подаче электрического импульса ротор двигателя совершает угловое перемещение на строго определенную величину. Современные шаговые электродвигатели обеспечивают до 400 шагов на один оборот. Это позволяет позиционировать инструмент (резец, плазменный резак) с точностью до десятых миллиметра.

Как достоинства шаговых приводов следует отметить:

  • высокая точность в сочетании с более простой конструкцией;
  • доступная цена, вытекающая из простоты исполнения.

Главный недостаток шагового привода – проблема пропуска шага. Это происходит по ряду причин:

  • нагрузка на валу превышает допустимое;
  • неправильно задаными параметрами реза в управляющей программе – слишком резкое ускорение или торможение, без учета веса портала;
  • скорость вращения ротора попадает в зону резонанса со станком.

Пропуск шага может приводить к некорректному позиционирования резака, и соответственно отклонению реза от заданной программы.

Сервопривод (Сервомотор)

Принципиальное отличие — наличие датчика обратной связи. Сервопривод обмениваеться данными с управляющей программой в реальном времени. Отклонение от заданных координат моментально регистрируеться, и контроллер станка автоматически компенсирует погрешность.

Наличие этого дополнительно элемента (датчика) позволяет:

  • достигнуть максимальной точности позиционирования и качество продукции. С учетом механического люфта, износа деталей, теплового расширения (что важно в станках большой мощности, в том числе и машинах плазменной резки );
  • обеспечить максимально высокую скорость обработки, с автоматическим учетом инерционности движущихся узлов;
  • снизить затраты на электроэнергию, в сервоприводе они пропорциональны сопротивлению перемещения, а в шаговом приводе номинал напряжения постоянный.

Шаговый привод vs сервопривод

Из приведенного выше можно понять сильные и слабые стороны этих приводов. Мы постараемся дать рекомендации, в каких случаях целесообразнее применять тот или иной вариант.

  1. Бюджет . Если он критичен, выбор однозначно в пользу шагового привода. Но стоит учесть будущую оплату труда оператора чпу. Работа с шаговыми двигателями подразумевает более высокий уровень умений и квалификации.
  2. Мощность станка . Чем больше мощность, тем крупнее перемещаемые узлы и детали, и тем более мощные требуются шаговые двигатели. А это более высокие инерционные нагрузки, и меньше нагрузки в резонансных зонах. Это может повлиять на точность обработки. Кроме того, при увеличении скорости у шагового электродвигателя резко уменьшается момент, а у сервоприводов он постоянен. Если говорить о станках плазменной резки с ЧПУ , то здесь эти эти факторы не столь критичны. Это более существенно для токарных станков, где движутся не только исполнительные механизмы (суппорта), но и сама заготовка.
  3. Сложность обслуживания . Здесь шаговые привода смотрятся симпатичнее. Сервопривод имеет десятки параметров, требующих настройки, а значит и более высокой квалификации персонала (программистов, электронщиков, наладчиков). Надежные поставщики обычно берут сервис этих узлов на себя. Об этом стоит задуматься если вы приобретаете станок зарубежом, или когда будет сложно обеспечить доступ третьих лиц.
  4. Производительность . По данному критерию сервопривода существенно превосходят шаговые. Особенно если речь идет о производстве габаритных деталей. При небольших перемещаемых и обрабатываемых массах эта разница несущественна (например, если это небольшой 3Д принтер, то разница будет крайне несущественна)
  5. Шум . Шаговые привода работают громче и может ощущаться вибрация. Это может приносить неудобства для небольших предприятий. В ряде случаев могут возникнуть проблемы с надзорными органами по допустимому уровню шума.
Читать еще:  Mitsubishi emeraude 1992 что за двигатель

Основное отличие шаговых двигателей от серводвигателей — то, что шаговые двигатели работают без обратной связи, т.е. нет контроля — сделал ШД шаг или нет. Драйвер серводвигателя считывает показания датчика положения вала и корректирует его положение. На самом деле, отсутствие обратной связи в случае с ШД не является минусом, т.к. при правильно спроектированной и настроенной системе шаговые двигатели не пропускают шагов, т.е. пользователь не нуждается в таком контроле.

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора, в котором расположены обмотки. Когда ток проходит через обмотки статора, он генерирует магнитный поток, который взаимодействует с магнитным полем ротора и приводит ротор в движение. Шаговые двигатели имеют очень большое количество полюсов, обычно 50 или более. Драйвер шагового двигателя последовательно подает напряжение на каждый полюс, так что ротор вращается с определенным шагом. Из-за очень большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

Шаговые электродвигатели имеют ряд положительных качеств. Поскольку они генерируют пошаговое движение, для них, как правило, не требуется замкнутая система регулирования, что избавляет от необходимости установки энкодера или тахогенератора, что положительно сказывается на цене установки. Большое количество полюсов позволяет им генерировать очень высокий крутящий момент при нулевой скорости. Они компактны и в целом экономичны (рисунок ниже).

С другой стороны,шаговые электродвигатели имеют ограничения по скорости. Они обычно работают смаксимальной эффективностью всего при1200 об / мин или ниже. Хотя они генерируют высокий крутящий момент при нулевойскорости, крутящий момент падает при увеличении скорости (график ниже).Например, двигатель, создающий момент 3 кгс·м принулевой скорости, может выдать только 1.5 кгс·м при 500 об / мин и всего 0.3 кгс·м при 1000 об / мин.

Теоретически можноиспользовать редуктор для увеличения крутящего момента, но именно здесь малаяскорость шаговых двигателей становится проблемой. Добавление редуктора 10: 1 кшаговому двигателю со скоростью 1200 об / мин может повысить крутящий момент напорядок, но также снизит скорость до 120 об / мин. Если двигатель используетсядля шарико-винтового привода или чего-либо подобного, он, вероятно, не будетобеспечивать достаточную скорость для удовлетворения потребностей механизма.

Как правило, шаговые двигатели не изготавливаются в типоразмерах, превышающих NEMA 34, при этом большинство применений относятся к размерам двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате практически невозможно найти шаговые двигатели, способные производить крутящий момент от 28 до 57 кгс·м.

На графике зеленымпоказана зависимость момент шагового двигателя от скорости, красным – зависимостьмаксимального момент серводвигателя от скорости и синим – момент серводвигателяот скорости.

Шаговые двигатели также имеют ограничения по производительности. Вы можете представить себе шаговый двигатель как пружинно-массовую систему. Двигатель должен преодолеть трение, чтобы начать вращение и переместить нагрузку, после чего ротор машины не контролируется. В результате команда продвижения на пять шагов может привести к повороту двигателя только на четыре шага или шесть шагов.

Однако, если система электроприводадает команду двигателю продвинуться на 200 шагов и он сделает это за несколькошагов, ошибка составит несколько процентов. Хотя мы используем шаговыеэлектродвигатели с разрешением от 25 000 до 50 000 шагов на оборот, но посколькудвигатель представляет собой систему с пружинно-массовой нагрузкой, наш обычныйдиапазон составляет от 2000 до 6000 отсчетов за оборот. Тем не менее, при этихразрешениях даже ошибка в 200 шагов соответствует доле градуса.

Читать еще:  Что бывает за замену двигателя

Добавление энкодера позволит системе точно отслеживать движение, но не сможет преодолеть базовую физику работы электрической машины. Для приложений, требующих повышенной точности позиционирования и разрешения, серводвигатели обеспечивают лучшее решение.

Сходство агрегатов

Оба привода передают импульсы к рабочим механизмам, заставляя работать промышленные станки. Устройства защищают оборудование от самозапуска, предохраняют электродвигатель от перегрузки и короткого замыкания. В обоих агрегатах предусмотрено автоматическое выключение мотора при помощи электромагнитного пускателя в случае исчезновения напряжения в сети. Благодаря встроенной коммутации элементов электрической схемы с задержкой времени шаговый двигатель, как и сервопривод, после появления электричества включаются самостоятельно.

Аппараты эксплуатируются в крупных промышленных отраслях и для бытовых нужд:

  • При изготовлении высокоточных станков с жесткой станиной для обработки металла и резки лазером.
  • При создании станков быстрого прототипирования: принтеров с 3D-печатью, шлифовальных машинок для полировки и гравировки.
  • В разработке автоматизированных технических систем и создании роботов.
  • При изготовлении интерактивных игрушек: машинок, зверей, кукол.

Что лучше шаговый двигатель или сервопривод

В данной статье ми рассмотрим два популярные в это время приводы: шаговый двигатель, а также сервопривод.

Привод, который отрабатывает дискретные угловые перемещения называют шаговым двигателем. На его роторе есть магниты либо же зубчатый блок. Блок, который управляет самой работой двигателя, делает переключение обмоток, распределяя равномерно ток в самых фазах. Угловое перемещение, когда полностью переключается одна фаза, является основным угловым шагом. Блок управления (драйвер двигателя) разделяет этот шаг на маленькие, так как в самом шаге работа не происходит. От величины этого углового шага, блока управления и работы двигателя зависит точность позиции ротора. При этом возможно использование обратной связи, хотя делают это очень редко.

Обратная связь

Шаговый сервопривод в обязательном порядке использует данные от обратной связи. Обычно синусно-конусный энкодер или же резорвер, который встроен в сам серводвигатель, данные о позиции и скорости передает для блока управления. После чего блок управления не перестает коммутирование двигателя, при этом анализируя информацию, которая поступает от обратной связи и ее системы.

Перемещение при работе с микрошагом осуществляется дискретами. Недопустимыми в кое-каких системах могут быть шаги двигателя, которые незаметны человеческому глазу. Обратная связь, которая установлена в двигателе может запросто иметь способность разрешающую больше миллиона на один оборот, при этом обеспечивает движение.

Скорость

Крутящий момент снижается значительно если скорость большая, по этому шаговые двигатели используют исключительно на малых скоростях. Негативно на точности отражается высокая скорость, поскольку двигатель может терять шаги. Данный недостаток делает невозможным применение двигателей в устройствах, которые имеют большое значение скорости, а также ускорения во время больших нагрузок. Высокоскоростные приводы в которых установлены редукторы, в общих чертах, могут с успехом заменить шаговый двигатель. Хорошим решением по применению двигателя является оборудование, которое не требует высоких скоростей.

Серводвигатель может работать со скоростью до несколько тысяч оборотов в секунду, то есть с большим ускорением. Шаговый двигатель в таких ситуациях теряет обороты, в отличии от серводвигателя, который сохраняет крутящийся момент на нужном уровне. При этом есть оборотная сторона: выдающиеся способности двигателя на прямую влияют на цену сервосистемы. Сигналы приходящие от системы обратной связи воспринимает блок управления, он должен управлять двигателем при помощи приходящей информации, перед этим обработав несколько миллионов сигналов. Чрезвычайно высокая стоимость блока управления и системы обратной связи, которые встроены в серводвигатель. Обучение персонала для роботы с двигателем тоже имеет свою цену. Есть большой список параметров и условий, которые могут влиять на роботу серводвигателя. Динамику, точность, плавность — все это мы можем потерять если не буде учитывать этот список. Шаговый двигатель при работе имеет меньше нюансов, то есть работать с ним может даже неспециалист.

Выводы:

  • По ценовой политике сервосистема обходится намного дороже шагового двигателя;
  • Серводвигатель в использовании сложнее шагового двигателя, требуется обученный персонал;
  • Производительность блока управления шагового двигателя при замене деталей на детали других производителей остается на прежнем уровне. В отличии от серводвигателя, который сохраняет работоспособность, но эксплуатационные способности которого значительно снижаются. Обычно производители серводвигателей также проектируют и управляющее устройство для них.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector