Серводвигатели и шаговые двигатели: в чем их различие
Когда инженеры слышат термин «двигатель», они обычно думают о двигателях переменного и постоянного тока. Эти двигатели используются в приложениях с постоянным движением, таких как маховик или ленточный конвейер. В промышленной автоматизации вы можете найти два других типа двигателей: серводвигатели и шаговые двигатели. Эти двигатели используются в приложениях, где требуется точное движение, скорость и крутящий момент. В данной статье мы сравним различия между серводвигателями и шаговыми двигателями и покажем типичные области применения обоих вариантов двигателей.
Что такое серводвигатель
Серводвигатель действительно очень похож на обычный двигатель непрерывного движения – есть серводвигатели переменного и постоянного тока, щеточные и бесщеточные двигатели, а также синхронные или асинхронные (асинхронные) двигатели. Что отличает серводвигатели от обычных двигателей, так это контур обратной связи и система привода. Каждый серводвигатель имеет энкодер и контроллер привода: энкодер сообщает о положении вала контроллеру привода, таким образом создавая замкнутую систему. Система привода усиливает и фильтрует поступающее напряжение перед подачей тока на двигатель. ПЛК сообщит приводной системе положение и скорость двигателя. Скорость двигателя контролируется довольно типичными ШИМ и синусоидальными сигналами, в зависимости от переменного или постоянного тока двигателя.
Как и в обычном двигателе переменного тока, регулировка частоты изменит скорость двигателя. Подобно типичному двигателю постоянного тока, изменение напряжения меняет скорость. С серводвигателем переменного тока привод будет принимать электрический сигнал от ПЛК или другого контроллера, и система привода будет выдавать ток с определенной частотой до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое положение вала двигателя.
Что такое шаговый двигатель
Шаговый двигатель по-прежнему использует вращающееся магнитное поле для преобразования электрического тока во вращательное движение, но имеет гораздо более высокую плотность магнитных полюсов. Шаговые двигатели делят полный оборот на множество равных сегментов. Когда один магнитный полюс находится под напряжением, выходной вал перемещается на один сегмент или на один «шаг», что дает название «шаговый» двигатель. Если на полюса последовательно подается питание с высокой частотой, движение будет выглядеть как плавное вращение.
Этот тип управления обычно осуществляется с помощью специальных выходных карт, которые могут работать с требуемой высокой выходной частотой. С увеличением плотности сегментов увеличивается и точность положения выходного вала. Шаговые двигатели обычно не имеют энкодеров, потому что сегменты точно разделены. Шаговому двигателю можно дать команду повернуться на определенное количество градусов, просто подсчитав, сколько раз на выходы подается питание.
Применение серводвигателей
Как правило, серводвигатель сочетается с редуктором, контроллером привода и линейным приводом, который может представлять собой ходовой винт или систему ремня и шкива, преобразующую вращательное движение в линейное движение. Эта система используется для точного и точного перемещения оснастки из одной точки в другую. В ПЛК передаточное число редуктора и передаточные числа привода вводятся в алгоритм масштабирования, поэтому, когда ПЛК дает команду сервоприводу переместиться на определенное расстояние с определенной скоростью, система привода сможет рассчитать конкретную частоту и остановить сервопривод. после того, как энкодер сообщит о правильном количестве оборотов. Этот тип системы обычно используется на станциях захвата и размещения, где компонент необходимо забрать из одного места и разместить в другом месте. Серводвигатели — отличный инструмент для подъемно-транспортных станций из-за их скорости и точности. Шарнирный робот имеет шесть серводвигателей и редукторов, которые контролируемо перемещают концевой эффектор. Благодаря высокому крутящему моменту серводвигателей роботы могут перемещать большие полезные грузы по всему рабочему диапазону. Серводвигатели также имеют возможность точно контролировать выходной крутящий момент. Эта особенность делает серводвигатели отличным выбором для прессования.
Сравнение шаговых двигателей и серводвигателей
Общая цель как серводвигателя, так и шагового двигателя состоит в том, чтобы обеспечить точное управление скоростью и позиционированием, однако конструкции этих двух двигателей отличаются друг от друга. Серводвигатель по конструкции ближе к обычному двигателю, но имеет замкнутую систему и усовершенствованную технологию управления. Шаговый двигатель отличается конструкцией и не требует системы с обратной связью для достижения позиционирования, хотя многие шаговые системы выигрывают от добавления энкодера. Некоторые приложения для этих двигателей пересекаются из-за их схожих целей, но когда требуются более высокие скорости и более высокие крутящие моменты, лучшим выбором является серводвигатель. Когда требуются более низкие скорости и более точное позиционирование, лучшим выбором будет шаговый двигатель.
Крутящий момент
При проектировании системы движения необходимо учитывать множество соображений, прежде чем выбрать шаговый двигатель или серводвигатель. Мне нравится начинать с крутящего момента. Если вашей системе требуется большой или даже значительный крутящий момент, лучшим решением будет серводвигатель. Уникальной особенностью шагового двигателя является удерживающий момент на нулевой скорости. Если в моем приложении требуется, чтобы инструмент был зафиксирован на месте или удерживал положение, лучше подойдет шаговый двигатель.
Точность
Что касается точности, типичный серводвигатель имеет точность около +- 0,02 градуса, тогда как шаговый двигатель имеет точность +- 0,005 градуса.
Отклик
Последним критерием, который мы бы рассмотрели, является отзывчивость приложения или отклик. Шаговые двигатели по своей конструкции быстро меняют положение – просто активируйте несколько выходов, и выходной вал должен будет повернуться на пару градусов. Серводвигатели допускают небольшую ошибку в положении, прежде чем они начнут двигаться, эта задержка может показаться короткой для человеческого глаза, но при перемещении режущего инструмента вдоль вращающегося вала эта задержка может привести к несовершенству обработки поверхности.
© digitrode.ru