Οι βηματικοί κινητήρες με τεχνολογία κλειστού βρόγχου εισχωρούν σταδιακά σε σερβο-εφαρμογές
Σε όλο και περισσότερες εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού υψηλών προδιαγραφών, οι τεχνολογικές εξελίξεις αλλάζουν την αναλογία κόστους-απόδοσης μεταξύ των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων.
Με την τεχνολογία κλειστού βρόχου, οι βηματικοί κινητήρες χαμηλού κόστους εισχωρούν σταθερά σε εφαρμογές που κυριαρχούσαν αρχικά από σερβοκινητήρες υψηλού κόστους.
Βηματικός κινητήρας και σερβοκινητήρας
Σύμφωνα με τη συμβατική σοφία, τα συστήματα σερβο-ελέγχου λειτουργούν καλύτερα σε εφαρμογές που απαιτούν ταχύτητες άνω των 800 σ.α.λ. και απαιτούν υψηλή δυναμική απόκριση. Οι βηματικοί κινητήρες είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές με χαμηλότερες ταχύτητες, χαμηλές έως μεσαίες επιταχύνσεις και / ή απαιτούν υψηλότερη ροπή συγκράτησης.
Ποια είναι λοιπόν η βάση αυτής της παραδοσιακής έννοιας των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων;
δομή
Ο βηματικός κινητήρας περιστρέφεται σταδιακά και το μαγνητικό πηνίο χρησιμοποιείται για τη σταδιακή έλξη ενός μαγνήτη από τη μια θέση στην άλλη. Για να μετακινήσετε τις θέσεις 100 του κινητήρα σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, το κύκλωμα απαιτεί 100 βήματα του κινητήρα. Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούν παλμούς για την επίτευξη αυξημένης κίνησης, επιτρέποντας την ακριβή τοποθέτηση χωρίς τη χρήση αισθητήρων ανατροφοδότησης.
Η μέθοδος κίνησης του σερβοκινητήρα είναι διαφορετική. Συνδέει έναν αισθητήρα θέσης - τον κωδικοποιητή - με τον μαγνητικό δρομέα για να ανιχνεύει συνεχώς την ακριβή θέση του κινητήρα. Το σερβο παρακολουθεί τη διαφορά μεταξύ της πραγματικής θέσης του κινητήρα και της θέσης εντολής και ρυθμίζει ανάλογα το ρεύμα. Αυτό το κλειστό κύκλωμα διατηρεί τον κινητήρα σε σωστή κατάσταση κίνησης.
Απλότητα και κόστος
Οι βηματικοί κινητήρες δεν είναι μόνο λιγότερο δαπανηροί από τους σερβοκινητήρες, αλλά είναι επίσης ευκολότεροι να αναλάβουν και να συντηρηθούν. Ο βηματικός κινητήρας είναι σταθερός σε ηρεμία και μπορεί να διατηρήσει τη θέση του (ακόμη και με δυναμικά φορτία). Ωστόσο, εάν ορισμένες εφαρμογές έχουν υψηλότερες απαιτήσεις επιδόσεων, πρέπει να χρησιμοποιηθούν ακριβότερα και πιο σύνθετα σερβοκινητήρες.
Θέση
Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων σε εφαρμογές όπου πρέπει να γνωρίζετε την ακριβή θέση της μηχανής ανά πάσα στιγμή. Σε εφαρμογές κίνησης ανοιχτού βρόχου που ελέγχονται από βηματικούς κινητήρες, το σύστημα ελέγχου υποθέτει ότι ο κινητήρας είναι πάντα στη σωστή κατάσταση κίνησης. Ωστόσο, μετά από ένα πρόβλημα, όπως το σταμάτημα του κινητήρα λόγω εμπλοκής εξαρτήματος, ο ελεγκτής δεν μπορεί να γνωρίζει την πραγματική θέση του μηχανήματος, με αποτέλεσμα μια χαμένη θέση. Το σύστημα κλειστού βρόγχου του ίδιου του σερβοκινητήρα έχει ένα πλεονέκτημα: εάν το πιάσει από ένα αντικείμενο, ανιχνεύεται αμέσως. Το μηχάνημα θα σταματήσει να λειτουργεί και ποτέ δεν θα χάσει τη θέση του.
Ταχύτητα και ροπή
Η διαφορά απόδοσης μεταξύ των βηματικών κινητήρων και των σερβοκινητήρων οφείλεται στο διαφορετικό σχεδιασμό τους. Ο αριθμός των πόλων του βηματικού κινητήρα είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αριθμό των σερβοκινητήρων. Επομένως, ο βηματικός κινητήρας περιστρέφεται κατά μία πλήρη στροφή και ο απαιτούμενος αριθμός των ανταλλαγών ρεύματος περιέλιξης είναι πολύ μεγαλύτερος, με αποτέλεσμα την ταχεία πτώση της ροπής στην περίπτωση αυξημένης ταχύτητας. Επιπλέον, ο βηματικός κινητήρας μπορεί να χάσει συγχρονισμό ταχύτητας αν επιτευχθεί η μέγιστη ροπή. Για τους λόγους αυτούς, οι σερβοκινητήρες αποτελούν την προτιμώμενη λύση στις περισσότερες εφαρμογές υψηλής ταχύτητας. Αντίθετα, ο αριθμός των πόλων ενός κινητήρα σκαλοπατιού είναι πλεονεκτικός σε χαμηλές ταχύτητες επειδή ο βηματικός κινητήρας έχει πλεονέκτημα ροπής στροφών σε ένα σερβοκινητήρα του ίδιου μεγέθους.
Θέρμανση και κατανάλωση ενέργειας
Οι βηματικοί κινητήρες ανοιχτού βρόχου χρησιμοποιούν σταθερό ρεύμα και διαχέουν πολύ θερμότητα. Ο έλεγχος κλειστού βρόχου παρέχει μόνο το ρεύμα που απαιτείται από τον βρόχο ταχύτητας, αποφεύγοντας έτσι τα προβλήματα θέρμανσης του κινητήρα.
Σύγκριση του βηματικού κινητήρα και του σερβοκινητήρα
Το σερβο-σύστημα ελέγχου είναι ιδανικό για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας που περιλαμβάνουν δυναμικές αλλαγές φορτίου, όπως ρομποτικά όπλα. Τα συστήματα ελέγχου βαθμίδων είναι πιο κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν χαμηλή έως μέτρια επιτάχυνση και υψηλή ροπή συγκράτησης, όπως είναι οι 3D εκτυπωτές, οι ιμάντες μεταφοράς και οι αντισταθμιστές. Επειδή οι βηματικοί κινητήρες είναι λιγότερο δαπανηροί, το κόστος του συστήματος αυτοματισμού μπορεί να μειωθεί μετά τη χρήση. Εάν το σύστημα ελέγχου κίνησης χρειάζεται να επωφεληθεί από τα χαρακτηριστικά του σερβοκινητήρα, πρέπει να αποδείξει ότι αυτοί οι κινητήρες υψηλότερου κόστους αξίζουν τον κόπο.
Προωθούμενη από την πρόοδο της τεχνολογίας κλειστού βρόχου, οι βηματικοί κινητήρες μπορούν να εισχωρήσουν σε εφαρμογές υψηλής απόδοσης, υψηλής ταχύτητας, οι οποίες ήταν προηγουμένως πλήρως σερβοκινητήρες.
