Gesloten kringloopstappenmotorenhebben de prestatie-kostenverhouding in veel motion control-toepassingen veranderd. Het succes van de VIC closed-loop progressieve motoren heeft ook de mogelijkheid geopend om dure servomotoren te vervangen door goedkopere.stappenmotorenIn een toenemend aantal hoogwaardige industriële automatiseringstoepassingen zorgen technologische ontwikkelingen voor een verandering in de verhouding tussen prestaties en kosten tussen stappenmotoren en servomotoren.
Stappenmotoren versus servomotoren
Volgens de gangbare opvatting presteren servobesturingssystemen beter in toepassingen waar snelheden boven de 800 tpm en een hoge dynamische respons vereist zijn. Stappenmotoren zijn geschikter voor toepassingen met lagere snelheden, lage tot gemiddelde acceleratie en een hoog houdkoppel.
Wat is de basis voor deze gangbare opvatting over stappenmotoren en servomotoren? Laten we die hieronder eens nader analyseren.
1. Eenvoud en kosten
Stappenmotoren zijn niet alleen goedkoper dan servomotoren, ze zijn ook eenvoudiger in gebruik te nemen en te onderhouden. Stappenmotoren zijn stabiel bij stilstand en behouden hun positie (zelfs bij dynamische belastingen). Indien echter voor bepaalde toepassingen hogere prestaties vereist zijn, moeten duurdere en complexere servomotoren worden gebruikt.
2. Structuur
StappenmotorenDraaien stapsgewijs, met behulp van magneetspoelen om een magneet geleidelijk van de ene positie naar de volgende te trekken. Om de motor 100 posities in elke gewenste richting te verplaatsen, moet het circuit 100 stappen op de motor uitvoeren. Stappenmotoren gebruiken pulsen om incrementele bewegingen te realiseren, waardoor nauwkeurige positionering mogelijk is zonder het gebruik van feedbacksensoren.
De bewegingsmethode van een servomotor is anders. Deze verbindt een positiesensor - oftewel een encoder - met de magnetische rotor en detecteert continu de exacte positie van de motor. De servo bewaakt het verschil tussen de werkelijke positie van de motor en de gevraagde positie en past de stroomsterkte daarop aan. Dit gesloten systeem houdt de motor in de juiste bewegingstoestand.
3. Snelheid en koppel
Het prestatieverschil tussen stappenmotoren en servomotoren komt voort uit hun verschillende motorontwerpoplossingen.Stappenmotorenhebben een veel groter aantal polen dan servomotoren, waardoor een volledige omwenteling van een stappenmotor veel meer wikkelstroomwisselingen vereist, wat resulteert in een snelle koppeldaling bij toenemende snelheden. Bovendien kan de stappenmotor zijn snelheidssynchronisatiefunctie verliezen als het maximale koppel is bereikt. Om deze redenen zijn servomotoren de voorkeursoplossing in de meeste hogesnelheidstoepassingen. Het hogere aantal polen van een stappenmotor is daarentegen voordelig bij lagere snelheden, wanneer de stappenmotor een koppelvoordeel heeft ten opzichte van een servomotor van dezelfde grootte.
Naarmate de snelheid toeneemt, neemt het koppel van de stappenmotor af
4. Positionering
Er zijn belangrijke verschillen tussen stappenmotoren en servomotoren in toepassingen waarbij de exacte positie van de machine te allen tijde bekend moet zijn. Bij open-loop bewegingstoepassingen die worden aangestuurd door stappenmotoren, gaat het besturingssysteem ervan uit dat de motor altijd in de juiste bewegingstoestand verkeert. Echter, na een probleem, zoals een vastgelopen motor door een vastgelopen component, kan de controller de werkelijke positie van de machine niet meer bepalen, wat kan leiden tot positieverlies. Het gesloten-loop systeem van de servomotor zelf heeft een voordeel: als er een object in vastloopt, detecteert de controller dit direct. De machine stopt met werken en zal nooit uit positie raken.
5. Warmte- en energieverbruik
Open-loop stappenmotoren gebruiken een vaste stroomsterkte en produceren veel warmte. Gesloten-loopregeling levert alleen de stroomsterkte die nodig is voor de snelheidslus en voorkomt zo het probleem van motorverhitting.
Vergelijkende samenvatting
Servobesturingssystemen zijn het meest geschikt voor hogesnelheidstoepassingen met dynamische belastingsveranderingen, zoals robotarmen. Stappenmotoren zijn daarentegen meer geschikt voor toepassingen die een lage tot gemiddelde acceleratie en een hoog houdkoppel vereisen, zoals 3D-printers, transportbanden, subassen, enz. Omdat stappenmotoren goedkoper zijn, kunnen ze de kosten van automatiseringssystemen verlagen. Bewegingsbesturingssystemen die de eigenschappen van servomotoren moeten benutten, zullen moeten bewijzen dat deze duurdere motoren hun gewicht in goud waard zijn.
Stappenmotoren met gesloten-lusregeling
De stappenmotor met geïntegreerde elektronische regeling is het equivalent van een borstelloze tweefasen-gelijkstroommotor en kan positie-, snelheids-, DQ- en andere algoritmen regelen. Een absolute encoder met één omwenteling wordt gebruikt voor gesloten-luscommutatie, waardoor een optimaal koppel bij elk toerental wordt gegarandeerd.
Laag energieverbruik en koel blijven
VIC-stappenmotoren zijn zeer energiezuinig. In tegenstelling tot open-loop stappenmotoren, die altijd op vol vermogen werken en warmte- en geluidsoverlast veroorzaken, verandert de stroomsterkte afhankelijk van de werkelijke bewegingsomstandigheden, bijvoorbeeld tijdens acceleratie en deceleratie. Net als bij servomotoren is de stroom die deze stappenmotoren op elk moment verbruiken evenredig met het daadwerkelijk benodigde koppel. Doordat de motor en de geïntegreerde elektronische besturingsprintplaat koeler blijven, kunnen VIC-stappenmotoren hogere piekkoppels bereiken, vergelijkbaar met servomotoren.
Zelfs bij hoge snelheden hebben VIC-stappenmotoren minder stroom nodig
Dankzij de vooruitgang in de gesloten-lustechnologie kunnen stappenmotoren worden toegepast in toepassingen met hoge prestaties en hoge snelheden die voorheen uitsluitend voor servomotoren waren weggelegd.
Stappenmotoren met gesloten-lustechnologie
Hoe zou het zijn als de voordelen van gesloten-lus servotechnologie zouden kunnen worden toegepast op stappenmotoren?
Kunnen we vergelijkbare prestaties als servomotoren behalen en toch profiteren van de kostenvoordelen van stappenmotoren?
Door closed-loop regeltechnologie te combineren, wordt de stappenmotor een compleet product met de voordelen van zowel servo- als stappenmotoren, tegen lage kosten. Omdat closed-loop stappenmotoren aanzienlijke prestatieverbeteringen en energie-efficiëntie bieden, kunnen ze in steeds meer hoogwaardige toepassingen duurdere servomotoren vervangen.
Hieronder ziet u een voorbeeld van een VIC-geïntegreerde stappenmotor met ingebouwde closed-loop-regeling om de prestaties en de voor- en nadelen van stappenmotoren met closed-loop-technologie uit te leggen.
Nauwkeurig afgestemde prestatie-eisen
Om voldoende koppel te garanderen om verstoringen te overwinnen en stapverlies te voorkomen, moeten open-loop stappenmotoren er doorgaans voor zorgen dat het koppel minimaal 40% hoger is dan de waarde die de toepassing vereist. Gesloten-loop stappenmotoren hebben dit probleem niet. Wanneer deze stappenmotoren door overbelasting vastlopen, blijven ze de belasting vasthouden zonder koppelverlies. Ze blijven werken nadat de overbelasting is opgeheven. Het maximale koppel kan bij elke snelheid worden gegarandeerd en de positiesensor zorgt ervoor dat er geen stapverlies optreedt. Gesloten-loop stappenmotoren kunnen daarom worden gespecificeerd om exact aan de koppelvereisten van de betreffende toepassing te voldoen, zonder dat een extra marge van 40% nodig is.
Met open-loop stappenmotoren is het moeilijk om aan hoge momentane koppelvereisten te voldoen vanwege het risico op verlies van stappen. Vergeleken met conventionele stappenmotoren kunnen VIC closed-loop stappenmotoren een zeer snelle acceleratie, lage bedrijfsruis en lage resonantie bereiken. Ze kunnen werken met veel hogere bandbreedtes en uitstekende prestaties leveren.
Geen kast
Toda integreert de besturingsprintplaat van de aandrijving met de motor, waardoor de hoeveelheid bedrading wordt verminderd en de implementatie wordt vereenvoudigd. Met Toda kunt u machines bouwen zonder schakelkasten.
Integratie van elektronica met stappenmotoren vermindert de complexiteit
Met closed-looptechnologie bieden closed-loop stappenmotoren gebruikers een uitstekende nauwkeurigheid en efficiëntie, met de prestaties van een servomotor en de lage kosten van een stappenmotor. Goedkopere stappenmotoren dringen geleidelijk door in toepassingen die anders gedomineerd zouden worden door dure servomotoren.
Plaatsingstijd: 10 april 2023