Động cơ bước rất đáng tin cậy: Tạo ra sức mạnh và độ chính xác trong điều khiển chuyển động
Động cơ bước thường được đánh giá thấp so với động cơ servo, nhưng chúng cung cấp độ tin cậy tương đương.cho phép định vị chính xác và kiểm soát tốc độVới mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp và rung động tối thiểu, chúng vượt trội trong các ứng dụng định vị nhanh và ngắn.
Động cơ bước: Hướng dẫn đầy đủ về nguyên tắc, loại và ứng dụng
Đây là một quan niệm sai lầm phổ biến khi thảo luận về động cơ bước.động cơ bước xuất sắc trong các ứng dụng đa dạng từ thiết bị công nghiệp tiên tiến đến các dụng cụ tự động hàng ngàyBài viết này giải thích tại sao chúng vẫn là lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống điều khiển chính xác.
Trong khi một số người có thể bỏ qua động cơ bước, vai trò của chúng trong điều khiển chính xác cao là rất quan trọng trong các ngành công nghiệp.thiết bị y tế, các dụng cụ phân tích, các giai đoạn chính xác, các hệ thống tài chính, máy đóng gói thực phẩm và thậm chí cả việc điều chỉnh khẩu độ máy ảnh cũng chứng minh tính linh hoạt của chúng trong các môi trường đòi hỏi, chính xác.
Sao anh lại dùng động cơ bước?
Dễ sử dụng: 34%
Giá rẻ: 17%
Hoạt động đơn giản:16%
Không cần điều chỉnh: 12%
Các loại khác: 21%
*# số người được hỏi: 258 (được phép trả lời nhiều lần) / được nghiên cứu bởi Oriental Motor
Ưu điểm chính: Dễ sử dụng, dễ vận hành và chi phí thấp
Theo một cuộc khảo sát của người sử dụng động cơ bước, nhiều người ưa thích chúng vì sự thân thiện với người dùng, hoạt động đơn giản và chi phí thấp lợi ích liên quan trực tiếp đến thiết kế cấu trúc và hệ thống của chúng.Các cơ học đơn giản và cấu hình của động cơ bước tự nhiên giải thích những lợi thế nàyTuy nhiên, một số độc giả có thể đặt câu hỏi về độ chính xác và hiệu suất mô-men xoắn của chúng.Bằng cách hiểu đặc điểm động cơ bước và phù hợp với nhu cầu hoạt động, người dùng có thể giảm hiệu quả chi phí thiết bị.
Độ chính xác dừng cao với hiệu suất tốc độ thấp / trung bình
Động cơ bước cung cấp độ chính xác dừng đặc biệt và cho phép điều khiển vòng mở chính xác. Ví dụ, RK II Series đạt được độ chính xác dừng ± 0,05 ° (không có tải) khi định vị một bàn quay.Không có lỗi bước tích lũyThiết kế không có bộ mã hóa của chúng đơn giản hóa hệ thống truyền động, giảm chi phí trong khi duy trì độ tin cậy.
Ví dụ, khi chuyển đổi độ chính xác dừng ± 0,05 ° của động cơ bước sang cơ chế vít hình quả bóng:
Điều kiện vận hành:
• Động cơ: RK II Series
• Chất dẫn của vít bóng: 10mm
Độ chính xác dừng: ± 1,4μm
Nói chung, độ chính xác của loại vít quả bóng đất là ± 10μm. Khi sử dụng loại vít quả bóng cuộn, độ chính xác của nó giảm xuống còn ± 20μm,chỉ ra rằng độ chính xác dừng của động cơ bước cao hơn nhiều so với các loại vít bóng.
Động cơ bước vượt trội trong mô-men xoắn tốc độ thấp / trung bình. một điểm khác biệt quan trọng so với động cơ servo, cung cấp mô-men xoắn nhất quán qua tốc độ trung bình đến cao và phù hợp với các nhiệm vụ xoay cao, xoay cao.,động cơ bước có đường cong mô-men xoắn không phẳng: mô-men xoắn đỉnh ở tốc độ thấp / trung bình giảm đáng kể ở tốc độ cao. Điều này làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng ngắn (ví dụ: xoay hạn chế),nơi họ cung cấp:
Nói tóm lại, steppers tối ưu hóa mô-men xoắn ở nơi nó quan trọng nhất: phạm vi tốc độ thấp / trung bình quan trọng đối với các ứng dụng lái chính xác đường ngắn.
Đặc điểm nổi bật thứ ba của động cơ bước là khả năng phản hồi của chúng. Với điều khiển vòng mở, gửi lệnh một chiều đến động cơ, động cơ bước có thể đồng bộ hóa cao với tín hiệu lệnh.Ngược lạiTuy nhiên, động cơ bước hoạt động theo thời gian thực với xung đến, giảm thiểu độ trễ và đảm bảo phản hồi nhanh.
Điều này làm cho động cơ bước lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu đồng bộ hóa nhiều động cơ. ví dụ, trong các hệ thống chuyển tải trên bảng với hai máy vận chuyển, mỗi chiếc được điều khiển bởi một động cơ riêng biệt,động cơ bước có thể phối hợp chính xác các chuyển động, đảm bảo di chuyển bảng liền mạch giữa các máy vận chuyển.
Ví dụ: Mô-men xoắn của khung động cơ có kích thước 85 mm tương đương với mô-men xoắn định số của động cơ servo 400 W khi 1000 r/min.
Mô-men xoắn trong phạm vi tốc độ thậm chí thấp hơn có thể cao hơn đến 5 lần.
Ngoài một ứng dụng inch với khởi động và dừng thường xuyên, động cơ bước phù hợp với vị trí của bộ xử lý kiểm tra hình ảnh không thích rung động,Các ổ cam khó điều chỉnh bằng động cơ servoNgoài ra, chi phí được giảm đáng kể bằng cách thay thế động cơ vít bóng bằng động cơ dây đai.
Bên cạnh việc giảm chi phí, động cơ bước có nhiều lợi thế về hiệu suất..Sau đó, thông tin chi tiết về động cơ bước, chẳng hạn như cấu trúc cơ bản, hệ thống và ví dụ ứng dụng, được giới thiệu để biết thêm thông tin về động cơ bước.
Một động cơ bước xoay với một góc bước cố định, giống như tay thứ hai của đồng hồ.Định vị chính xác cao có thể được thực hiện với điều khiển vòng mở nhờ cấu trúc cơ học trong động cơ.
Trong khi có kiểm soát hoàn toàn quay và tốc độ, cấu trúc đơn giản của động cơ bước được đạt được mà không cần sử dụng các thành phần điện, chẳng hạn như một bộ mã hóa bên trong động cơ.động cơ bước rất mạnh mẽ và có độ tin cậy cao với rất ít lỗiĐối với độ chính xác dừng, ± 0,05 ° (không có lỗi cúi độ tích lũy) là rất chính xác.Bởi vì vị trí của động cơ bước được thực hiện bằng cách kiểm soát vòng lặp mở và vận hành bởi stator từ tính và rotor từ tính với răng nhỏ, động cơ bước có một cơ chế theo dõi cao hơn đối với các lệnh so với động cơ servo. Ngoài ra, không có việc săn bắn xảy ra khi dừng động cơ bước.có độ cứng thấp.
Khi xung được đưa vào một trình điều khiển thông qua một máy phát xung, động cơ bước đặt theo số xung đầu vào. góc bước cơ bản của động cơ bước 5 pha là 0,72 ° và 1.8° đối với động cơ bước 2 phaTốc độ quay của động cơ bước được xác định bởi tốc độ tần số xung (Hz) được cung cấp cho người lái,và nó có thể tự do thay đổi quay động cơ bằng cách chỉ cần thay đổi số lượng xung đầu vào hoặc tần số cho người lái xeĐộng cơ bước không chỉ phục vụ như động cơ điều khiển vị trí, mà còn là động cơ điều khiển tốc độ với đồng bộ hóa cao.
• Tần số cao, định vị lặp đi lặp lại các góc bước cố định
• Định vị đòi hỏi thời gian dừng dài do điều chỉnh chiều rộng, v.v.
• Trọng lượng và độ cứng thay đổi
• Định vị chia 1 chu kỳ
• Các trục động cơ cần hoạt động đồng bộ
Bởi vì có thể thực hiện vị trí chính xác và kiểm soát vị trí trong khi đồng bộ hóa với số lượng xung lệnh và tốc độ, không cần thiết bị, chẳng hạn như cảm biến,để định vịDo đó, toàn bộ hệ thống rất đơn giản để xây dựng. Nếu điều khiển tiên tiến, chẳng hạn như một hoạt động can thiệp, không cần thiết, người điều khiển kiểu chức năng bộ điều khiển tích hợp được khuyến cáo.Chi phí được giảm bằng cách loại bỏ các bộ điều khiển, chẳng hạn như máy phát xung và PLC vị trí mô-đun.
Mặc dù vị trí chính xác cao là có thể với điều khiển vòng mở, điều gì sẽ xảy ra nếu xảy ra một vấn đề?có thể sử dụng một loại bộ mã hóa hoặc một loại động cơ điều khiển vòng kín cảm biến tích hợp (Dòng AR).
Một vấn đề phổ biến giữa các kỹ sư thiết kế là giảm chi phí. Có thực sự không có cách để giảm chi phí hơn nữa?được thực hiện dựa trên cơ chế vít quả bóngDưới đây giải thích chi tiết về thử nghiệm:
1. Tăng thêm tốc độ
2. Giảm chi phí hơn nữa
[Điều kiện của thiết bị ban đầu-được lên kế hoạch] Cơ chế: Vòng vít bóng + Servo Motor Điều kiện như tải, tốc độ, và dẫn, được hiển thị ở bên phải,được xác định dựa trên servo motor được gắn với vít bóng và tấm thép.
Thay đổi cơ chế để đai đai
• Vòng vít quả bóng nếu cố gắng tăng tốc độ => Cơ chế dây đai có thể phù hợp hơn => 1000mm / sec đến 1500mm / sec có thể với cơ chế dây đai.Thay đổi sang dây đai nếu không có vấn đề với độ chính xác vị trí. • Giảm chi phí đáng kể nếu thay đổi sang dây đai là có thể => dây đai là rẻ tiền nhưng độ cứng thấp của nó có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của hoạt động động cơ servo, ngay cả khi điều chỉnh tự động.
1Sự khác biệt trong độ chính xác dừng giữa vít và dây đai... cần có độ chính xác dừng bao nhiêu?
2. Tác động của độ cứng thấp... tác động đến thời gian ổn định, tránh vấn đề điều chỉnh
• Độ chính xác dừng tốt hơn với vít. Không có vấn đề để thay đổi sang dây đai? => Độ chính xác dừng cần thiết của ứng dụng là ± 0,05 ~ 0,1mm, không chính xác như của vít.Do đó, nó sẽ ổn để thay bằng dây đai.
• Nếu chuyển sang dây đai, độ cứng trên cơ chế sẽ giảm xuống, do đó các chuyển động của động cơ servo trở nên không ổn định. => Trong số các động cơ định vị trí, động cơ bước không có bộ mã hóa tích hợp.Vì lý do này., chúng không yêu cầu điều chỉnh và mạnh mẽ chống lại độ cứng thấp.
Cơ chế: Vòng đai đai + Động cơ: Thử với động cơ bước
1Sự khác biệt trong độ chính xác dừng giữa vít và dây đai... cần có độ chính xác dừng bao nhiêu?
2. Tác động của độ cứng thấp... tác động đến thời gian ổn định, tránh vấn đề điều chỉnh
• Độ chính xác dừng tốt hơn với vít. Không có vấn đề để thay đổi sang dây đai? => Độ chính xác dừng cần thiết của ứng dụng là ± 0,05 ~ 0,1mm, không chính xác như của vít.Do đó, nó sẽ ổn để thay bằng dây đai.
• Nếu chuyển sang dây đai, độ cứng trên cơ chế sẽ giảm xuống, do đó các chuyển động của động cơ servo trở nên không ổn định. => Trong số các động cơ định vị trí, động cơ bước không có bộ mã hóa tích hợp.Vì lý do này., chúng không yêu cầu điều chỉnh và mạnh mẽ chống lại độ cứng thấp.
Cơ chế: Vòng đai đai + Động cơ: Thử với động cơ bước
• Trọng lượng di chuyển -> Trọng lượng tối đa cho phép 7kg • Tốc độ di chuyển -> Cải thiện đến 800 mm/s Động cơ => Bằng cách thay đổi từ động cơ bước sang động cơ servo, giảm chi phí 50%!Cơ chế => Bằng cách thay đổi từ vít bóng sang cơ chế dây đai, giảm chi phí 7%!
Có nhiều cơ hội để giảm chi phí!
Bằng cách thực hiện một đánh giá dựa trên không của cơ chế cũng như lựa chọn động cơ dựa trên các đặc điểm, chúng tôi đã quản lý để tăng các thông số kỹ thuật và giảm chi phí,ngay cả khi kích thước động cơ đã trở nên lớn hơn một chútTrong quá khứ, lựa chọn động cơ được thực hiện dựa trên sự dễ sử dụng hoặc quen thuộc của nó. Sau bài tập này, sự khác biệt trong hoạt động giữa động cơ servo và động cơ bước đã trở nên rõ ràng.Nó là đáng ngạc nhiên rằng động cơ bước là giá cả phải chăng hơn dự kiếnCác thiết bị khác sử dụng phương pháp này phải có chỗ để giảm chi phí.trong khi tối đa hóa các đặc điểm động cơ là chìa khóa.
Hỏi khách hàng: Tìm kiếm một động cơ có độ chính xác dừng tốt.
Giả sử: Động cơ AC servo NX Series được trang bị bộ mã hóa 20 bit, do đó nó nên có độ phân giải tốt và độ chính xác dừng tốt.
Đầu tiên, cần phải làm rõ sự khác biệt giữa độ phân giải và độ chính xác dừng: độ phân giải là số bước mỗi vòng quay và nó cũng được gọi là góc bước cho động cơ bước.Nó là cần thiết khi xem xét làm thế nào chính xác vị trí yêu cầu cần phải đượcĐộ chính xác dừng là sự khác biệt giữa vị trí dừng thực tế và vị trí dừng lý thuyết.
Điều này có nghĩa là động cơ AC servo được trang bị bộ mã hóa độ chính xác cao có độ chính xác dừng tốt hơn động cơ bước?
Trong quá khứ không có vấn đề với khái niệm "đóng chính xác của động cơ servo bằng với độ phân giải mã hóa trong vòng ± 1 xung".Động cơ servo gần đây được trang bị bộ mã hóa 20 bit (1,048,576 bước) có độ phân giải rất tốt. Bởi vì điều này, lỗi do độ chính xác cài đặt bộ mã hóa có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác dừng.khái niệm của chính xác dừng đã bắt đầu thay đổi một chút.
Theo biểu đồ so sánh, độ chính xác dừng giữa động cơ bước và động cơ AC hầu như giống nhau (± 0,02o ~ 0,03o).Độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác cơ học của động cơ cho động cơ bước, do đó nếu vị trí dừng có thể được thực hiện trên 7,2o, vị trí được thực hiện bởi các răng nhỏ trên rotor mọi lúc, theo cấu trúc động cơ.Điều này cho phép cải thiện thêm độ chính xác dừng.
Tuy nhiên, động cơ bước có thể tạo ra góc dịch chuyển tùy thuộc vào giá trị mô-men xoắn tải.AC servo motors có thể có chiều rộng săn bắn rộng hơn để đáp ứng các điều chỉnh tăngVì những lý do này, một số thận trọng là cần thiết.
