RuAut

Что выбрать: сервопривод или шаговый двигатель?

· publikacii / electro · архивная версия

Шаговые двигатели представляют собой электромеханические устройства, задача которых состоит в преобразовании сигналов управления в линейное или угловое перемещение ротора, при этом фиксируя ротор в требуемом положении без использования специальных устройств обратной связи. По большому счету шаговый двигатель - это синхронный двигатель, но его отличительной чертой является подход управления. Ниже будет приведено описание самых распространенных шаговых двигателей.

Одним из типов шаговых двигателей являются шаговые двигатели с постоянными магнитами. В их состав входят: статор, который обладает обмотками, и ротор, который и содержит постоянные магниты. Полюса ротора чередуются и обладают прямолинейной формой. Полюсы располагаются относительно оси двигателя параллельно. В связи с присутствующей намагниченностью ротора в шаговых двигателях рассматриваемого типа становится возможным обеспечить больший магнитный поток. А, соответственно, и больший момент, если проводить сравнение с двигателями с переменным магнитным сопротивлением. Двигатель шагового типа с постоянными магнитами обладает шагом, величина которого составляет 30°. Когда происходит включение тока в какой-либо одной из катушек, тогда ротор начинает пытаться занять определенное такое положение, при котором бы разноименные полюса статора и ротора стали бы находиться напротив друг друга. Для того, чтобы осуществить постоянное непрерывное вращение, требуется включать фазы попеременно. На практике рассматриваемые двигатели, как правило, имеют от 24 до 48 шагов на один оборот, при этом угол шага составляет от 7,5° до 15°. Максимальная скорость ограничивается обратной электродвижущей силй со стороны ротора, влиянию которой подвержены шаговые двигатели с постоянными магнитами.

Гибридный тип двигателей является более дорогим, нежели двигатели с постоянными магнитами. Но они способны обеспечить большую скорость, больший момент и меньший размер шага. Характерное число шагов для гибридных двигателей на один оборот составляет 100-400 шагов, при этом угол шага равен от 0,9° до 3,6°. У гибридных же двигателей ротор имеет зубцы, которые расположены в осевом направлении. Ротор подразделяется на две части таким образом, что между этими частями располагается цилиндрический постоянный магнит. Иными словами, получается, что зубцы верхней половинки ротора выступают как северный полюс, зубцы же нижней половинки - как южный. Наряду с этим, нижняя и верхняя половинки ротора повернуты таким образом, что поворот друг относительно друга равен половине от угла шага зубцов. Количество пар полюсов ротора такое же, как и число зубцов на одной из его половинок. Полюсные зубчатые наконечники ротора, впрочем, как и статор, состоят из отдельных пластин. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на вихревые токи. Статор у гибридного двигателя тоже имеет зубцы. Благодаря этому обеспечивается достаточно большое число эквивалентных полюсов, что нельзя сказать об основных полюсах, на которых расположены обмотки. Как правило, на практике используются 4 основных полюса для 3,6° двигателей и 8 основных полюсов для 0,9°-1,8° двигателей. В некоторых определенных положениях ротора его зубцы обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи. Это ведет к улучшению динамического и статического момента. Это свойство удалось обеспечить за счет особо соответствующего расположения зубцов. А именно за счет положения, при котором одна часть зубцов ротора располагается строго напротив зубцов статора, а другая часть между ними.

Сервоприводом обобщенно называют привод, асинхронного, синхронного либо какого-либо другого типа, который имеет отрицательную обратную связь по моменту, положению и другим параметрам. Благодаря такому приводу можно осуществлять точное управление всеми параметрами движения. Итак, сервопривод представляет собой целый комплекс специальных технических средств. Ниже приведен состав сервопривода в виде списка. В него входит:

 Мощностная характеристика двигателей составляет от 0,05 кВт до 15 кВт.

Часто применяется такое понятие, как «вентильный двигатель». Следует понимать, что под этим названием понимается всего-навсего двигатель, который управляется посредством «вентилей» – специальных переключателей, ключей и разнообразные аналогичные коммутационные элементы. В роли современных «вентилей» могут также выступать и IGBT-транзисторы, которые применяются в блоках управления приводами. При этом никакого конструктивного отличия не наблюдается.

К главному достоинству сервоприводов относится наличие обратной связи. С ее помощью такая система вполне может поддерживать высокую точность позиционирования на достаточно больших скоростях и больших моментах. Кроме этого система имеет такие отличительные особенности, как низкоинерционность и высокие динамические характеристики. К примеру, время, которое необходимо для переключения от скорости -3000 об/мин до того момента, когда скорость достигнет значения в 3000 об/мин, будет равняться всего-навсего 0,1 с. Блоки управления, которые используются на сегодняшний день, можно назвать высокотехнологическими изделиями с достаточно сложной системой управления. Эти блоки способны обеспечивать выполнение практически любой задачи.

Сервопривод обеспечивает линейное поддержание момента на всем диапазоне изменения скоростей. Это свойство получилась достигнуть благодаря применению двигателя синхронного типа в высококачественном исполнении. Разрешающая способность датчика обратной связи, энкодера, а так же блок управления определяют величину шага перемещения. Традиционные стандартные сервоприводы вполне способны обеспечивать шаг в 0,036°, то есть 1/10000 часть от одного оборота, и это на скоростях до 5000 об/мин. Наиболее современные на сегодняшний момент сервоприводы отрабатывают шаг в 1/2500000 от одного оборота.

Итак, подытожим. Шаговый привод и сервопривод нельзя рассматривать как конкурентов, так как каждый из них занимает свою конкретную нишу на современном рынке. Выполним сравнение сервопривода и шагового привода, основываясь на рынке станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Использование шаговых двигателей полностью целесообразно для применения в относительно недорогих станках с ЧПУ, которые предназначены для обработки легких металлов, дерева, древесно-стружечных плит (ДСП), пластиков, древесноволокнистых плит (МДФ) и других различных материалов средней скорости.

Использование высококачественных сервоприводов целесообразно в высокопроизводительном оборудовании, в котором основным критерием выступает уровень производительности. Единственным «недостатком» хорошего сервопривода является его достаточно высокая стоимость. Однако, сервоприводы обладаю рядом превосходных характеристик, которые достаточно часто играют решающую роль при выборе сервоприводов. К таким характеристикам можно отнести следующие:

Если добиться одинаковых качественных характеристик от шагового привода и сервопривода, то их стоимости начнут быть соизмеримыми, но при этом, безусловно, лидером окажется сервопривод.