Какие двигатели лучше серво или шаговые + видео обзор

Основная разница между сервоприводом и шаговым двигателем

Сервопривод – это обычный мотор с дополнительно установленным датчиком контроля, выполняющим функцию обратной связи. Шаговый двигатель – это бесщеточный электромотор, работающий в паре плата-драйвер. Сразу скажем, что сервопривод и шаговый двигатель не конкурируют между собой.

Сервопривод

При работе мотор будет удерживаться в заданном положении с помощью контроллера. Такой принцип взаимосвязи позволяет добиться высокой скорости и точности оборудования вплоть до одного микрона.

Если на обычный электродвигатель подать напряжение, он будет вращаться.

При таком подходе пропуск шагов исключен, так как энкодер постоянно отслеживает отклонения вала и корректирует ошибку, меняя каждый раз направление движения двигателя.

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель – это бесщеточный электромотор, работающий в паре плата-драйвер. Как правило, шаговые двигатели имеют несколько фаз (обмоток), поочередно включаемых драйвером. Двигатель поворачивается за счет подачи короткого импульса на одну из обмоток статора, в результате чего в движение приводится магнитный ротор.

Величина физического шага двигателя может варьироваться в зависимости от конструкционных особенностей ротора: от 90 до 0.9 градусов. Шаг можно дробить при помощи программных ухищрений, снижая при этом шум от работы драйверов и увеличивая точность, благодаря повышенному числу шагов на оборот. Точность может составлять до 20 микрон.

Несмотря на высокоточность шагового двигателя, у него имеется существенный минус: пропуск шагов при повышенных нагрузках, поскольку двигатель не имеет обратной связи контроллером, а последний не умеет отслеживать работу шагового двигателя без углового датчика.

Недостатки шаговых двигателей:

Существуют шаговые двигатели с энкодером, ничем не отличающиеся от обычных, кроме дополнительных выводов с угловым датчиком. Это решает проблему с пропусками, но добавляет немало к стоимости. Плюс для их использования нужно иметь специальный контроллер, имеющий функцию коррекции ошибки шаговика.

Несмотря на недостатки, шаговые двигатели широко используются как в крупных отраслях промышленности, так и для бытовых нужд:

Сервопривод и шаговый двигатель не являются между собой конкурентами. Под каждую задачу необходимо выбрать свой тип мотора.

Источник

Какие электродвигатели лучше: серво или шаговые?

Одним из наиболее важных решений, которые принимают инженеры при разработке любого типа процесса управления движением, является выбор двигателя (в нашем случае электродвигателя). Правильный выбор двигателя, как по типу, так и по размеру, является обязательным условием эффективности работы конечной машины. Кроме того, «уложиться в бюджет» так же является не самой последней задачей.

Один из первых вопросов, на который нужно ответить при принятии решения: какой тип электродвигателя будет лучшим? Требуется ли для применения высокопроизводительный серводвигатель? Будет ли недорогой шаговый двигатель лучше? Или, может быть, стоит рассмотреть третий, средний вариант?

Ответы начинаются с потребностей конкретного приложения. Перед определением типа электрической машины, которая идеально подходит для любого конкретного применения, необходимо учесть множество факторов.

Требования

Сколько рабочих циклов в минуту нужно сделать двигателю? Какой крутящий момент нужен? Какая максимальная скорость требуется?

Эти критические вопросы не могут быть решены просто путем выбора двигателя с заданной мощностью из каталога.

Выходная мощность электрической машины представляет собой комбинацию крутящего момента и скорости, которая может быть рассчитана путем умножения скорости, крутящего момента и констант, вносящих поправки в режим работы электрической машины (естественно это все очень поверхностно. Необходимы точные математические расчеты для каждого типа электродвигателя).

Однако из-за характера этого расчета существует множество различных комбинаций крутящего момента и скорости (кратковременная работа с перегрузкой или недогрузкой), которые влияют на выходную мощность. Таким образом, разные двигатели с одинаковой номинальной мощностью могут работать по-разному из-за комбинации скорости и крутящего момента.

Инженеры должны знать, насколько быстро должен двигаться груз определенного размера, прежде чем уверенно выбирать двигатель, который будет работать лучше. Выполняемая работа также должна попадать в кривую крутящего момента / скорости двигателя. Эта кривая (механическая характеристика электродвигателя) показывает, как крутящий момент двигателя изменяется в зависимости от скорости. Используя предположения «наихудшего случая» (другими словами, определяя максимальный / минимальный крутящий момент и скорость, которые потребуются для работы), инженеры могут быть уверены, что выбранный двигатель имеет механическую характеристику, способную приводить в движение груз при этом не выходить с номинального режима работы (например, перегрев, если мощность электрической машины занижена).

Инерция нагрузки является еще одним фактором, который следует учитывать, прежде чем погрузиться в процесс принятия решения о выборе двигателя. Необходимо рассчитать коэффициент инерции, который представляет собой сравнение инерции нагрузки и инерции двигателя. Одно эмпирическое правило гласит, что если инерция нагрузки в 10 раз превышает инерцию ротора, то настройка электрический машины может быть куда более сложной и производительность производственного механизма может ухудшиться. Но это правило варьируется не только от технологии к технологии, но и от поставщика к поставщику и даже от продукта к продукту. Важность точности позиционирования рабочего органа также повлияет на это решение. Некоторые механизмы поддерживают соотношение 30: 1, в то время как прямые привода работают до 200: 1. Многим инженерам не нравится определять размер двигателя, который превышает соотношение 10 к 1.

Наконец, существуют ли физические ограничения, которые ограничивают тип электродвигателя. Электрические машины бывают разных форм и размеров. В некоторых случаях электродвигатели являются большими и громоздкими, и есть определенные операции, которые не могут вместить двигатель определенного размера. Прежде чем принять обоснованное решение о наилучшем типе машины, ее массогабаритные показатели должны быть оценены и поняты.

Как только инженеры ответят на все эти вопросы — скорость, крутящий момент, мощность, инерция нагрузки и массогабаритные показатели, — они смогут сосредоточиться на наиболее эффективном по размеру двигателе. Однако процесс принятия решений на этом не заканчивается. Инженеры также должны выяснить, какой тип электродвигателя лучше всего подходит для применения. В течение многих лет выбор типа сводился к одному из двух вариантов для большинства применений: серводвигатель или шаговый двигатель с разомкнутым контуром управления.

Серводвигатели и шаговые двигатели

Принципы работы серводвигателей и шаговых двигателей без обратной связи аналогичны. Однако между этими двумя «аналогичными» понятиями есть ключевые различия, которые инженеры должны понять, прежде чем решить, какой двигатель идеально подходит для данного применения.

В традиционных сервоприводах контроллер отправляет команды на привод двигателя через импульс управления или аналоговую команду, связанную с положением, скоростью или крутящим моментом. Некоторые элементы управления могут использовать метод на основе шины данных, который в новейших элементах управления обычно представляет собой метод связи на основе Ethernet. Затем система управления электропривода передает соответствующий ток на каждую фазу двигателя. Обратная связь от двигателя возвращается к системе управления двигателя, при необходимости, к главному контроллеру. Привод полагается на эту информацию для правильной коммутации фаз и для отправки точной информации о динамическом положении вала двигателя. Таким образом, серводвигатели считаются двигателями с замкнутым контуром и содержат встроенные энкодеры, а данные о положении вала часто передаются в контроллер. Эта обратная связь дает контроллеру много информации для управления электрической машиной. Контроллер может в различной степени вносить коррективы в операции, если что-то работает не так, как должно быть. Этот тип важной информации является преимуществом, которое не могут предложить шаговые двигатели без обратной связи.

Шаговые двигатели также работают по командам, посылаемым на электропривод, чтобы определять пройденное расстояние и скорость. Как правило, этот сигнал является командой шага и направления. Однако степперы с разомкнутым контуром управления не могут обеспечивать обратную связь, поэтому их органы управления не могут должным образом оценить ситуацию и внести коррективы для улучшения работы электрической машины.

Например, если крутящего момента двигателя недостаточно, чтобы выдержать нагрузку, двигатель может остановиться или пропустить определенные шаги. Когда это произойдет, машина не перейдет на следующую позицию. Учитывая характеристики разомкнутого контура шагового двигателя, это неточное позиционирование не будет адекватно передано обратно на контроллер, чтобы он мог вносить корректировать шаги в реальном времени.

Кажется, что серводвигатель имеет явные преимущества с точки зрения эффективности и производительности, так почему же кто-то выбрал шаговый двигатель? Есть несколько причин. Наиболее распространенным является цена; эксплуатационные бюджеты являются важными факторами при принятии любого проектного решения. По мере сокращения бюджетов необходимо принимать решения по сокращению ненужных расходов. Таким образом, если преимущества серводвигателя не оправдывают его стоимость, стандартного шагового двигателя может быть вполне достаточно.

С чисто эксплуатационной точки зрения шаговые двигатели значительно проще в эксплуатации, чем серводвигатели. Управление шаговым двигателем намного проще для понимания и настройки. Большинство обслуживающего персонала согласятся с тем, что если нет причин чрезмерно усложнять операции, не нужно ничего усложнять.

Преимущества двух разных типов двигателей очень разные. Серводвигатели идеальны, если вам нужен двигатель со скоростью более 3000 об / мин и высоким крутящим моментом. Тем не менее, для применения, которое требует только скорости нескольких сотен об / мин или меньше, серводвигатель не всегда является лучшим выбором. Серводвигатели могут быть не эффективными для низкоскоростных применений.

Низкоскоростные приложения — то, где шаговые двигатели «сияют» как лучшее возможное решение. Шаговые двигатели предназначены для работы на низкой скорости при высоком крутящем моменте. По самой природе их конструкции они могут управляться и работать до предела скорости. Ограничение скорости обычных шаговых двигателей обычно составляет менее 1000 об / мин, тогда как серводвигатели могут иметь номинальные скорости до 3000 об / мин и выше, иногда даже свыше 7000 об / мин.

Если «степпер» имеет «правильный» размер, он может быть идеальным выбором. Однако, когда шаговый двигатель работает в конфигурации с разомкнутым контуром и что-то идет не так, операторы могут не получить все данные, необходимые для решения возникшей проблемы.

Решение проблемы отсутствия обратной связи

За последние несколько десятилетий было предложено несколько различных подходов для решения традиционных проблем с шаговыми двигателями без обратной связи. Подсоединение двигателя к датчику при включении питания или даже несколько раз во время применения было одним из способов. Несмотря на простоту, это замедляет работу и не решает проблемы, возникающие во время обычных рабочих процессов.

Добавление обратной связи для определения, если двигатель «глохнет» или находится в нерабочем положении — это еще один подход. Инженеры в компаниях по управлению движением создали функции «обнаружения сваливания» и «поддержания положения». Было даже несколько подходов, которые пошли еще дальше, рассматривая шаговые двигатели так же, как сервоприводы, или, по крайней мере, имитируя их с помощью причудливых алгоритмов.

В широком спектре электрических машин — между сервоприводами и шаговыми двигателями с разомкнутым контуром управления — лежит несколько новая технология, известная как шаговый двигатель с замкнутым контуром. Это лучший и наиболее экономичный способ решения проблемы приложений, требующих точности позиционирования и низких скоростей. Применяя устройства обратной связи с высоким разрешением, чтобы «замкнуть петлю», инженеры могут наслаждаться «лучшим из обоих миров».

Шаговые двигатели с замкнутым контуром управления впитали в себя все преимущества шаговых двигателей: простота использования, простота и возможность стабильной работы на низких скоростях с точной остановкой. Кроме того, они по-прежнему предлагают возможности обратной связи серводвигателей. К счастью, это не должно сопровождаться самым большим недостатком сервопривода: большим ценником.

Ключ всегда был в принципе работы шаговых двигателей без обратной связи. У них обычно есть две катушки, иногда пять, с магнитным балансированием, происходящим между ними. Движение нарушает этот баланс, приводя к тому, что вал двигателя электрически отстает, но оператор не может знать, насколько он отстает. Точка остановки повторяется для шаговых машин с разомкнутым контуром, но не для всех нагрузок. Установка энкодера на степпер и замыкание контура обратной связи обеспечивает некоторое динамическое управление. Это позволяет операторам точно позиционировать рабочий орган при различных нагрузках.

Эти преимущества от использования шаговых двигателей с обратной связью для определенных применений резко увеличили популярность этих двигателей в сообществе инженеров электроприводчиков. В частности, в двух наиболее популярных отраслях — производстве полупроводников и медицинских приборов — наблюдается явное увеличение использования шаговых двигателей с обратной связью. Инженеры в этих отраслях должны точно знать, где расположен вал двигателя с нагрузкой, независимо от того, приводят ли они в действие ремень или шариковый винт. Обратная связь в этих электроприводах позволяет им точно знать, где находится вал. Они также могут обеспечить лучшую производительность, чем сервоприводы на более низких скоростях.

Как правило, любое приложение, которому требуется гарантированная производительность при меньших затратах, чем у серводвигателя, и возможность работать на относительно низких скоростях, является хорошим кандидатом для шаговых двигателей с обратной связью.

Помните, что операторы должны убедиться, что привод или рабочие.органы управления поддерживают шаговые двигатели с обратной связью. «Исторически», вы могли получить степпер с энкодером на задней панели, но система управления не поддерживала энкодеры. Вам необходимо будет провести калибровку обратной связи и убедиться, что контроллер электродвигателя получает обратную связь с допустимой задержкой. В новых шаговых приводах с обратной связью это не требуется. Шаговые приводы с замкнутым контуром могут динамически и автоматически управлять позицией и скоростью без привлечения контроллеров.

Источник

Отличия сервопривода от шагового двигателя

Преимущества и недостатки шаговых и серво двигателей

9 августа 2015 Устройство

Шаговые двигатели чаще всего применяются в фрезерных станках чпу по дереву.

И те и другие имеют свои преимущества и недостатки.

Шаговые двигатели

это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы сигналов управления в угловые перемещения ротора (дискретные механические перемещения) с фиксацией его в заданном положении.

Шаговый двигатель имеет возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи.

Это больше подходит для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой.

Если нагрузка шагового двигателя превысит его момент, то информация о положении ротора теряется и система требует базирования с помощью, например, концевого выключателя или другого датчика.

В отличие от шагового двигатели системы с обратной связью (серводвигатели) способны работать с большими ускорениями и даже при переменном характере нагрузки.

Преимущества шаговых двигателей:

Точное позиционирование и регулировка скорости без датчика обратной связи.

Простота подключения и дальнейшего обслуживания.

Более низкая стоимость сравнительно с серводвигателями.

Недостатки шаговых двигателей:

Ограничение по скорости (максимум 1000 об/мин).

Возможность потери шагов при критических нагрузках.

Серводвигатели — тип электромеханических приводов, которые не вращаются постоянно, как шаговые двигатели, а по сигналу перемещаются в определенное положение и сохраняют его, а по следующему сигналу перемещаются в другое положение.

В сервоприводах также используется механизм обратной связи, поэтому он может обрабатывать ошибки и при позиционировании их исправить. Такая система называется следящей.

Таким образом, если какая-то сила оказывает давление привод и будет изменять его положение, то сервопривод будет применять силу в противоположном направлении и попытается исправить ошибку.

Это обуславливает высокую точность позиционирования.

Преимущества серводвигателей:

Сравнительно с шаговыми двигателями, более высокая скорость вращения.

Более высокая мощность.

Благодаря обратной связи, предусмотренной в серводвигателях, позиция инструмента всегда известна и доступна для корректировки.

Недостатки серводвигателей:

Более высокая стоимость.

Требуют более квалифицированного обслуживания, чем шаговые двигателя.

Имеют более сложную систему подключения и управления.

Сравнение двигателей по их основным характеристикам и свойствам:

Двигатели, драйвера шаговых и серво двигателей

Шаговый двигатель и сервопривод не являются конкурентами, так как каждый из них занимает исключительно свою предопределенную нишу.

Применение шаговых двигателей:

Ограничением в использовании шаговых двигателей являются мощность и соответственно скорость, однако по практике, их применение целиком оправданно в недорогих станках имеющих систему ЧПУ, предназначенных для обработки дерева, ДСП, МДФ, пластиков, легких металлов и прочих материалов средней скорости, необходимости производителей станков с ЧПУ по точности и по скорости. Если по каким-либо причинам такие параметры не устраивают, то, как правило, используют сервоприводы. Но стоит заметить, что при этом резко и, причем значительно поднимается стоимость конструкции в целом.

Если смотреть с другой стороны, то достичь реальной экономии времени обработки и даже при скоростных сервоприводах, можно за счет экономии на переходах и соответственно оптимизации путей обработки. В остальное же время, скорость весьма ограничена – режимами резки.

Сервомоторы позволяют с экономить время на холостых переходах, при этом необходимо правильно оптимизировать количество проходов. Скорость фрезеровки всегда зависит от мощности режущего инструмента (электрошпинделя) и типа фрезы. Нельзя получить хорошую скорость фрезерования при низком качестве инструмента.

Это значит, что при высоких скоростях обработки материала нужно использовать фрезу правильного типа и высокого качества. Дорогой инструмент не только быстрее режет, но имеет больший срок службы. При фрезеровании объёмных изображений, 3d резьбе скорость и производительность серводвигателей в несколько раз выше, чем шаговых.

При наличии смены инструмента, вакуумного стола можно оптимизировать свое производство и минимизировать отходы.

В каких случаях необходимы сервоприводы:

В остальных же случаях наиболее чаще приобретают машины именно с шаговыми двигателями – просто это наиболее практичнее.

Чтобы получить консультацию по выбору станка, или заказать фрезерный станок с ЧПУ, звоните по телефонам в контактах, либо на почту.

Еще статьи по теме «Устройство фрезерных станков ЧПУ»:

Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ

Создание управляющих программ к станкам с ЧПУ

Преимущества многошпиндельных станков с ЧПУ

Устройство системы управления ЧПУ

Какие направляющие выбрать для фрезерного станка с ЧПУ

Выбор типа передачи для фрезерных станков с ЧПУ

Устройство фрезерных станков с ЧПУ портального типа

По каким параметрам выбирать фрезерный станок с ЧПУ для деревообработки

Сервопривод или шаговый двигатель? Как работают и что выбирать

В станках с числовым программным управлением (фрезерные, токарные, карусельные станки, машины плазменной резки и т.д.) для перемещения исполнительных элементов (суппортов, кареток и т.д.) используется шаговый привод или сервопривод. В этой статье немного объясним о их работе, принципиальных различиях и когда какой уместно применять.

Шаговый привод

Представляет собой шаговый электродвигатель с блоком управления. При подаче электрического импульса ротор двигателя совершает угловое перемещение на строго определенную величину. Современные шаговые электродвигатели обеспечивают до 400 шагов на один оборот. Это позволяет позиционировать инструмент (резец, плазменный резак) с точностью до десятых миллиметра.

Как достоинства шаговых приводов следует отметить:

Главный недостаток шагового привода – проблема пропуска шага. Это происходит по ряду причин:

Пропуск шага может приводить к некорректному позиционирования резака, и соответственно отклонению реза от заданной программы.

Сервопривод (Сервомотор)

Принципиальное отличие — наличие датчика обратной связи. Сервопривод обмениваеться данными с управляющей программой в реальном времени. Отклонение от заданных координат моментально регистрируеться, и контроллер станка автоматически компенсирует погрешность.

Наличие этого дополнительно элемента (датчика) позволяет:

Шаговый привод vs сервопривод

Из приведенного выше можно понять сильные и слабые стороны этих приводов. Мы постараемся дать рекомендации, в каких случаях целесообразнее применять тот или иной вариант.

Новый взгляд на сервопривод и шаговый двигатель

Серводопровод или шаговый двигатель

Мы разберемся в нашей статье, что выбрать сервопривод или шаговый двигатель, что они собой представляют, для чего предназначаются, а также ответим на вопрос, сервопривод или шаговый двигатель разница.

Что представляет собой шаговой двигатель

Такие механизмы отлично подходят для превращения электрической энергии в точные механические перемещения.

Любой импульс, который поступает на драйвер мотора, позволяет осуществлять движения ротора, что полностью соответствует заданным настройкам.

Можно навести простой пример, если на полношаговый привод будет послано 100 импульсов, при том, что шаг двигателя составляет 1.8 градусов, это позволит получить поворот на 1800.

Разница между сервоприводом и шаговым двигателем в том, что каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Сильная сторона последнего заключается в том, что он может выполнять свои функции даже без обратной связи, ему не требуется коррекция положения, при которой используются энкодеры или другие аналогичные датчики. Это связано с тем, что вал по архитектуре шагового двигателя перемещается только при получении импульсов.

Такая возможность доступна только тогда, когда шаговые двигатели не перегружены, а также не впадают в резонанс. Но вот в реальной жизни очень редко бывает, что эти два фактора отсутствуют.

Чтобы получить уверенность, что такой двигатель не будет пропускать шаги, производители решают эту проблему очень просто, когда происходит выбор мощности, они делают серьезный запас мощности. Другими словами, отличие сервопривода от шагового двигателя заключается в том, что последний устанавливается на станок с большой мощностью, которой намного больше, чем это требуется.

Появление резонанса возможно на тех же самых частотах вращения, которые в данном приложении используются как основные, поэтому избежать это явление становится очень сложным.

Но существует и возможность избежать последствия непродолжительных перегрузок в его работе, а также не допустить пропуска шагов. В данном случае можно использовать энкодер, который такой же, как и установлен на вал вентильного серводвигателя. В этом также ответ, чем отличается сервопривод от шагового двигателя.

Энкодер – это информация о том, в каком положении находится ротор контроллеру. Он сравнивает его с заданной координатор, в результате чего полученное рассогласование используется, чтобы выполнить шаги так, чтобы разница компенсировалась. Но такой способ малоэффективен, если необходимо ликвидировать проблемы, связанные с резонансом.

Тем не менее, все же есть возможность устранить последствия. Для этого требуется провести комбинирование по положению, другими словами, компенсировать количество импульсов, а также одновременно управлять ориентацией поля статора. При этом нужно придерживаться такого же принципа, как векторное управление электродвигателями с тремя фазами.

Сравнение сервопривода и шагового двигателя – вопрос достаточно сложный. Это связано с тем, что энкодер шагового двигателя предоставляет информацию о том, в каком положении вала можно сориентировать магнитное поле статора так, что потокозацепление будет иметь максимальную эффективность.

К тому же такая схема не нуждается в преобразованиях Кларка, что, как правило, применяется для того, чтобы спроектировать трехфазную систему токов и получить две фазы. Это требуется потому, что биполярные моторы разработаны с двумя обмотками.

Такой способ управления характеризуется тем, что ток в обмотках изменяется синусоидально, на этот процесс не влияет то, что используется – шаг или микрошаг.

Также если сравнивать шаговый двигатель и сервопривод, то преимущество первого также в том, что он практически не ощущает резких перемен напряжения. Благодаря наличию векторного типа управления, есть возможность очень быстро регулировать момент приводы. Тем не менее, такая возможность также доступна и сервоприводам. Это касается только типа PMSM.

Немного о сервоприводах

Здесь мы не только охарактеризуем, но и проведем сравнение сервопривод и шаговый двигатель. Когда прочитаете информацию, сможете сделать вывод, что лучше шаговый двигатель или сервопривод.

Наверняка Вы знаете, что сервопривод используется уже достаточно давно. Также у нас можно купить сервопривод высокого качества и по доступной стоимости.

Существует такие, которые используют по позиции обратную связь. Они имеют возможность считать количество шагов, а также добавлять в процессе или вычитать шаги, чтобы не допустить ошибку. Но они не могут вносить коррективы в угол поворота вала, когда делается шаг. Это принципиальная разница, если делать сравнение сервопривода и шагового двигателя.

Компенсировать ошибки может синусоидальная коммутация, если работает совместно с управлением ориентацией. Она устраняет ошибки, которые возникают по причине неправильной геометрии деталей или при серьезной нагрузке.

Векторное управление гарантирует, что статорное поле всегда будет перпендикулярным роторному полю, а также то, что насыщенность поля будет полностью соответствовать нужному моменту.

Это улучшает динамику, а в дальнейшем и делает более эффективной работу, уменьшает флуктуацию крутящего момента.

Благодаря такому управлению есть возможность составить конкуренцию шаговым двигателям с вентильным сервоприводом, если речь идет о скоростях, не превышающих 2 тыс. оборотов/мин.

Мы привели аргументы, если сравнивать шаговый двигатель или сервопривод, что лучше – определять Вам. Каждый человек выбирает, что ему подойдет лучше – сервопривод или шаговый двигатель. Мы же рассказали об основных моментах того и другого типа, навели некоторые примеры и особенности.

Вы можете у нас купить серводвигатель по выгодной стоимости. Мы гарантируем качество товара. Наши сотрудники с удовольствием ответят на интересующие вопросы, предоставят дополнительную информацию.

Приводные шаговые и серводвигатели. В чем разница?

Приводные шаговые и серводвигатели

Движенье – жизнь. И что же нами движет?

Станки, станки, станки…Современные солдаты любого производства. Элита этого войска – лазерные и фрезерные инструменты с ЧПУ.

Так, что же движет современными лазерными, фрезерными и другими станками с программным управлением? Сегодня, для этих целей, применяется два основных вида двигателей – шаговые и серводвигатели.

Основное функциональное отличие между ними в том, что шаговый двигатель выполняет команду на совершение определённого числа оборотов и останавливается в фиксированном положении, а серводвигатель, управляемый системой слежения с отрицательной обратной связью останавливается только там (то есть именно в той точке), и совершает разного рода включения и выключения так, как ему это предопределила судьба в виде программы его действий, независимо от количества произведённых оборотов и затраченной на это работы. Причём, эта самая программа вполне может корректировать и исправлять все ошибки и неточности в его действиях.

Сравнения недостатков и достоинств этих двигателей, с точки зрения функциональных качеств, вряд ли могут быть достаточно корректными. Дело в том, что области применения этих двух типов двигателей в значительной мере отличаются. Выполняют они достаточно разные задачи. Однако, во-первых, есть такие области задач, где оба двигателя вполне применимы. А, во-вторых, всё познаётся в сравнении…

Итак: Шаговый двигатель – бесколлекторный электродвигатель, выполняющий согласно заданию определённое количество оборотов, или если хотите, градусов с последующей фиксацией. Питание контроллера осуществляется током постоянного напряжения. Такая его конструкция обеспечивает ряд достоинств:

Большой рабочий ресурс и достаточно простое техническое обслуживание.

Высокую надёжность в плане жизнестойкости.

Достаточную точность остановки в заданной точке (+/- 0,01мм).

Удовлетворительную скорость ( 20-25 м/мин) при оптимальных соотношениях нагрузки и крутящего момента.

Высокую устойчивость к перегрузкам.

Относительно невысокую стоимость.

Однако, отсутствие обратной связи в управлении двигателями такого типа порождает существенный недостаток. При нагрузках критических или близких к критическим, происходит потеря шагов. Отмотав установленное количество оборотов или градусов, двигатель останавливается и фиксирует своё положение. При этом, возникшие повышенные нагрузки подтормаживают линейное передвижение приводимого механизма.

Поскольку задача на выполнение конкретного действия и конечная цель не связаны единой системой измерения, в отсутствие обратной связи и системы коррекции, приводимый механизм останавливается в точке, не соответствующей заданию. В сущности, шаговый двигатель можно снабдить определённой системой слежения, но это потребует дополнительных затрат и разработок.

И, ещё одним из недостатков шаговых двигателей, является его относительная «тихоходность». Очень спокойный разгон и скорость до 25 м/мин, во многих случаях, не обеспечивают достаточную производительность, а иногда и технологические требования процесса. Выходы из строя шаговых двигателей – явление не частое.

И если это не замена подшипника, то значительно проще установить новый двигатель, чем ремонтировать вышедший из строя.

Далее: Серводвигатель – Электродвигатель (постоянного или переменного тока), снабженный необходимыми устройствами для обеспечения отрицательной обратной связи и работы под контролем системы слежения.

Наиболее популярным и продвинутым, на сегодняшний день, типом серводвигателя является серводвигатель переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов.

Такая конструкция обеспечивает этим двигателям целый ряд неоспоримых преимуществ:

Очень высокую скорость и мгновенный разгон (1000 об/мин за 0,2 сек)

Гарантированную высочайшую точность отработки приводимого инструмента (+/- 0,002 мкм)

Широкий диапазон (1-5000 об/мин) и высокую точность регулировки частоты вращения.

Высокую динамику выполняемых операций.

При таком количестве достоинств естественными недостатками машины, почти всегда, являются высокая стоимость и необходимость в высокой квалификации обслуживающего персонала.

Правда, у серводвигателей есть ещё один недостаток, свойственный, впрочем, и шаговым двигателям – в случае выхода из строя, куда более рационально установить новый, чем восстанавливать поломанный. И, именно эти недостатки в значительной степени сужают область применения серводвигателей.

И, если к процессу не предъявляются уж очень высокие требования, то более рациональным считается применение двигателей шаговых.

Следует заметить, что, чаще всего, при приобретении станков снабженных тем или иным видов привода стоит подумать, а так ли очевидна экономия на стоимости самого агрегата. Ведь, в учет надо бы принимать и экономию времени и необходимое качество режущих инструментов и конечное качество производимого продукта. И в нашем случае всё, на поверку, оказывается не столь однозначным.

Шаговый двигатель или сервопривод? Комментировать

Приводный двигатель является одним из важнейших элементов ЧПУ, поэтому к его выбору следует подходить со всей серьёзностью. Причём сложность, как правило, состоит не в выборе конкретной модели, а в подборе типа двигателя: недорогого и простого шагового, или же более совершенного, но и более дорогого, сервопривода.

Следует сразу оговориться, что под понятием «сервопривод» в данном контексте подразумевается бесколлекторный двигатель с обратной связью и возможностью управления, тогда как в общем и целом сервоприводом можно назвать любой тип двигателя, оснащённый управляющим устройством и имеющий функцию обратной связи. Чтобы определиться, шаговый двигатель или сервопривод наилучшим образом подойдёт для использования в каждой конкретной ситуации, важно знать все плюсы и минусы каждого из этих типов движущих элементов.

Плюсы и минусы шаговых двигателей

Первым и, пожалуй, одним из важнейших преимуществ шаговых двигателей является их доступная стоимость. Даже крупногабаритные модели ШД, в сравнении с бесколлекторными сервоприводами, стоят на порядок дешевле. Именно этот фактор зачастую становится решающим при выборе типа двигателя для ЧПУ.

Кроме того, шаговые двигатели, отличающиеся простотой конструкции, не требуют дорогостоящего обслуживания и просты как в использовании, так и в настройке: первичные настройки задаются с помощью обычного контроллера, после запуска оборудования шаговый двигатель работает в стабильном режиме.

Дополнительным преимуществом шаговых двигателей является более стабильная, чем у сервоприводов, работа в режиме удержания, обеспечивающаяся дискретностью ШД.

Однако у шаговых двигателей есть и ряд недостатков. Так, для крупных станков (с массой портала свыше 100кг, или же рабочим полем более 1м по каждой из осей) использовать шаговые двигатели не рекомендуется, так как они могут довольно сильно резонировать, что чревато пропуском шагов и падением точности.

Кроме того, шаговые двигатели, из-за высокой инерции, не приспособлены к быстрым стартам и резким остановкам – работа ШД в таком режиме также может стать причиной пропуска шагов.

Кроме того, в сравнение с сервоприводом шаговый двигатель отличается довольно высоким уровнем шума, что особенно ощутимо при работе на высоких скоростях.

Плюсы и минусы бесколлекторных сервоприводов

Основным преимуществом сервопривода является высокий конечный КПД, достигающийся благодаря возможности быстрого старта без потери точности.

При этом сервоприводы практически не подвержены резонансу, что, несомненно, также является важным плюсом.

Бесколлекторные серводвигатели, при грамотном управлении, легко справляются с кратковременными перегрузками и отличаются длительным роком службы. Кроме того, они практически бесшумны при работе в любых режимах.

Среди минусов серводвигателей, пожалуй, самым значимым, является очень высокая стоимость, объясняющаяся конструктивной сложностью механизмов такого типа.

Также следует отметить, что тонкие настройки сервопривода довольно сложны – в большинстве случаев для того, чтобы настроить оптимальный режим работы бесколлекторного серводвигателя требуется специальное оборудование (внешние устройства с соответствующим интерфейсом) и знание программирования.

Купить шаговый двигатель или сервопривод в Stepmotor

Независимо от того, какому типу приводного двигателя – шаговому иди бесколлекторному – вы отдадите предпочтение, купить данные механизмы можно на нашем сайте.

В каталоге Stepmotor представлен широкий выбор шаговых двигателей, бесколлекторных сервоприводов, энкодеров и прочих комплектующих для ЧПУ.

Если у вас возникла необходимость купить шаговый двигатель или бесколлекторный сервопривод в наличии по доступной цене, внимательно ознакомьтесь с характеристиками интересующего вас устройства.

Серводвигатели и шаговые двигатели

Приобретение предприятием фрезерного станка с ЧПУ для изготовления фасадов из МДФ поднимает вопрос о необходимости переплачивать за те или иные механизмы и силовые агрегаты, установленные на дорогостоящем и высокотехнологичном оборудовании.

Для позиционирования силовых агрегатов станков с ЧПУ используют, как правило, шаговые двигатели и серводвигатели (сервоприводы). Шаговые двигатели – дешевле.

Однако сервоприводы обладают широким рядом достоинств, в том числе высокой производительностью и точностью позиционирования. Так что же выбрать?

Что такое шаговый электродвигатель

Шаговый электродвигатель – это безщеточный синхронный электродвигатель постоянного тока, имеющий несколько обмоток статора. При подаче тока в одну из обмоток ротор поворачивается, а затем фиксируется в определенном положении. Последовательное возбуждение обмоток через контроллер управления шаговым двигателем позволяет вращать ротор на заданный угол.

Шаговые электродвигатели широко применяются в промышленности, так как имеют высокую надежность и длительный срок службы. Главное преимущество шаговых двигателей – точность позиционирования. При подаче тока на обмотки ротор провернется строго на определенный угол.

Положительные стороны шагового двигателя

· Устойчивость в работе;

· Высокий крутящий момент на малых и нулевых скоростях;

· Быстрый старт, остановка и реверс;

· Работа под высокой нагрузкой без риска выхода из строя;

· Единственный механизм износа, влияющий на длительность эксплуатации – подшипники;

Отрицательные стороны шагового двигателя

· Высокий уровень шума;

· Возможность появления резонанса;

· Постоянный расход электроэнергии вне зависимости от нагрузки;

· Падение крутящего момента на высоких скоростях;

· Отсутствие обратной связи при позиционировании;

· Низкая пригодность к ремонту.

Что такое серводвигатель (сервопривод)

Серводвигатель (сервопривод) – это электрический мотор с управлением через обратную отрицательную связь, которая позволяет точно управлять параметрами движения, чтобы достичь необходимой скорости или получить нужный угол поворота. В состав серводвигателя входят непосредственно сам электродвигатель, датчик обратной связи, блок питания и управления.

Конструктивные особенности электродвигателей для сервопривода мало чем отличаются от обычных электродвигателей имеющих статор и ротор, работающих на постоянном и переменном токе, с щетками и без щеток.

Особую роль здесь играет датчик обратной связи, который может быть установлен как непосредственно в самом двигателе и передавать данные о положении ротора, так и определять его позиционирование по внешним признакам.

С другой стороны, работа серводвигателя немыслима без блока питания и управления (он же инвертор или сервоусилитель), который преобразует напряжение и частоту тока, подаваемого на электродвигатель, тем самым управляя его действием.

Положительные стороны серводвигателя (сервопривода)

· Высокая мощность при малых размерах;

· Высокий крутящий момент;

· Быстрый разгон и торможение;

· Постоянное и бесперебойное отслеживание положения;

· Низкий уровень шума, отсутствие вибраций и резонанса;

· Широкий диапазон скорости вращения;

· Высокая скорость разгона;

· Стабильная работа в широком диапазоне скоростей;

· Малая масса и компактная конструкция;

· Низкий расход электроэнергии при малых нагрузках.

Отрицательные стороны серводвигателя (сервопривода)

· Требовательность к периодическому обслуживанию (например, с заменой щеток);

· Сложность устройства (наличие датчика, блока питания и управления) и логики его работы.

Сервопривод или шаговый двигатель?

Сравнивая характеристики сервопривода и шагового двигателя, следует обратить внимание, прежде всего, на их производительность и стоимость.

Для производства фасадов МДФ на небольшом предприятии, работающем с малыми объемами, думаю, нет необходимости переплачивать за установку на фрезерный станок с ЧПУ дорогостоящих серводвигателей.

С другой стороны, если предприятие стремится выйти на максимально возможные объемы производства, то дешевить на низкопроизводительных шаговых двигателях для ЧПУ не имеет смысла.

Серводвигатели против шаговых двигателей

Что такое шаговый электродвигатель и принцип его работы:

Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговые двигатели можно отнести к группе бесколлекторных двигателей постоянного тока. Шаговые двигатели, имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в индустриальных применениях. При увеличении скорости двигателя, уменьшается вращающийся момент.

Шаговые двигатели делают больше вибрации, чем другие типы двигателей, поскольку дискретный шаг имеет тенденцию хватать ротор от одного положения к другому. За счет этого шаговый двигатель во время работы очень шумный. Вибрация может быть очень сильная, что может привести двигатель к потери момента. Это связано с тем, что вал находится в магнитном поле и ведет себя как пружина.

Шаговые двигатели работают без обратной связи, то есть не используют Энкодеры или резольверы для определения положения.

Типы:

Существует четыре главных типа шаговых двигателей:

Преимущества Шагового двигателя:

Главным преимуществом шаговых приводов является точность. При подаче потенциалов на обмотки, шаговый двигатель повернется строго на определенный угол. Шаговый привод, можно приравнять к недорогой альтернативе сервоприводу, он наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

Недостатки шагового двигателя:

Шаговые двигателя имеет большую область применения в машиностроении, станках ЧПУ, компьютерной технике, банковских аппаратах, промышленном оборудовании, производственных линиях, медицинском оборудовании и т.д.

Что такое серво двигатель и принцип его работы:

На серводвигателях всегда есть обратная связь, это может быть энкодер или резольвером. Обратная связь необходима, чтобы достичь необходимой скорости, либо получить нужный угол поворота.

При использовании обратной связи по положению, сигнал о положении можно использовать чтобы остановить двигатель, после того, как ротор двигателя приблизится к нужному угловому положению.
АС серводвигатель – двигатель переменного тока. В ценообразовании двигатель переменного тока дешевле двигателя постоянного тока.

По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели и коллекторные.
В синхронных двигателях переменного тока ротор и магнитное поле вращается синхронно с одинаковой скоростью и в одном направлении с статором, а в асинхронных двигателях переменного тока ротор вращается несинхронно по отношению с магнитным полем. В асинхронном двигателе из-за отсутствия коллектора (щетки) регулировка оборотов происходит за счет изменения частоты и напряжения.

DC серводвигатель – двигатель постоянного тока.
Серводвигатели постоянного тока из за своих динамических качеств могут быть использованы приводом непрерывного действия.

Серводвигатели постоянного тока могут постоянно работать в режимах старт, остановка и работать в обоих направлениях вращения.

Обороты и развиваемый крутящий момент можно изменять путем изменения величины напряжения тока питания или импульсами.

Преимущества серводвигателей:

Пример работы двигателя:
На данном примере я перескажу вам принцип работы серводвигателя. После того, как вы сгенерировали управляющую программу, она создается в системе G-кодов, то есть ваша линия, окружность или любой созданный вами объект конвертируется в перемещение по координатам X,Y, Z на определённое расстояние. За расстояние отвечают импульсы, которые подаются через блок управления на двигатель. При перемещении любой из осей, например на 100 мм, драйвер (блок управления) подает определённое напряжение на двигатель, вал двигателя (ротор). Вал двигателя соединен с ходовым винтом (ШВП), вращение оборотов двигателя отслеживается энкодер. При вращении ходового винта по любой из осей, потому что при использовании серво, энкодеры (обратная связь) устанавливаются на тех осях, где вы хотите определить положение, на энкодер подаются импульсы, которые считываются системой управления ЧПУ. Системы ЧПУ программируются так, что ни понимают что, например, для перемещения на 100 мм необходимо получить определенное количество импульсов. Пока система ЧПУ не получит нужное количество импульсов на вход драйвера (блока управления) будет подаваться напряжение задания (рассогласование). Когда портал станка проедет заданные 100 мм, система ЧПУ получит нужное количество импульсов и напряжение на входе драйвера упадет до 0 и двигатель остановится. Прошу вас заметить, что преимущество обратной связи в том, что если по какое то либо причине произойдет смещение портала станка, энкодер отправит на систему управления нужное количество импульсов, для подачи нужного напряжения на согласования драйвера (блока управления), и двигатель поменяет угол. Для того что разногласие было равно 0, это помогает удерживать станок в заданной точке с высокой точностью. Не все типы двигателей способны, обеспечивать динамику разгона, нужный крутящий момент и т. п.

Каждый тип двигателя предназначен для своей задачи. В некоторых случаях нужно использовать шаговых двигатель, а для некоторых задач необходимо использовать только серво двигатель. В фрезерных станках ЧПУ широко используются оба типа двигателей, просто у каждого из них есть свои задачи, и иногда не целесообразно переплачивать за серво, при небольших объемах производства.

Подведем черту сравнения серводвигателей и шаговых двигателей:

Как и было сказано раньше, шаговый двигатель не может вам дать высокую скорость и мощность и поэтому одно из его применений – в станках ЧПУ недорого сегмента, например фрезерных деревообрабатывающих станках с ЧПУ «АртМастер» 2112, 2515, 3015базовой комплектации.

Данный вид станков на средней скорости покроет большой ассортимент работ: обработки дерева, пластика, ДСП, МДФ, легких металлов и других материалов.

Если же вас не устраивают скоростные характеристики, Вам необходимо рассмотреть фрезерные деревообрабатывающие станки с ЧПУ «АртМастер» 2112, 2515, 3015(авт.

) и высокоскоростной фрезерный деревообрабатывающий станок «АртМастер 3015 Racer».

Вы всегда должны для себя понимать, что сервомоторы позволяют вам с экономить время на холостых переходах, при этом вы не должны забывать правильно оптимизировать количество проходов. Скорость фрезеровки всегда зависит от мощности режущего инструмента (электрошпинделя) и типа фрезы.

Мы не сможете получить хорошую скорость фрезеровки при низком качестве инструмента. Вы получите либо брак в изделии, либо Вам потребуется постоянная замена режущего инструмента. То есть при использовании высоких скоростей, при обработке материала вы не должны забывать о качестве и типе инструмента для фрезеровки.

Дорогой инструмент не только быстрее режет, но и служит дольше. И прошу не забывать другое преимущество серво: высокая скорость и производительность в разы выше, чем у шагового при фрезеровке объёмных изображений (фото), резьбы (фото).

При наличии смены инструмента, вакуумного стола вы можете оптимизировать ваше производство и минимизировать отходы.

Если вы хотите добиться увеличения объёмов выполненной работы на вашем производстве, решение только одно – сервомоторы, а для старта или изготовления фасадов, дверей, столешниц, и прямолинейного, криволинейного раскроя при объёмах производства от 500-1000 кв.м, вы можете остановить свой выбор на станках с шаговыми двигателями.

Материал подготовил:
Пономарев Геннадий

Сервопривод

Вентильные двигатели – это синхронные бесколлекторные (бесщёточные) машины. На роторе находятся постоянные магниты из редкоземельных металлов, на статоре – якорная обмотка.

Коммутация обмоток статора осуществляется полупроводниковыми силовыми ключами (транзисторами) так, чтобы вектор магнитного поля статора был всегда перпендикулярен вектору магнитного поля ротора – для этого используется датчик положения ротора (датчик Холла или энкодер).

Фазный ток регулируется с помощью ШИМ-модуляции и может иметь трапецеидальную или синусоидальную форму.

Линейные серводвигатели

Плоский ротор линейного двигателя сделан из редкоземельных постоянных магнитов. По принципу действия он похож на вентильный двигатель.

Шаговые электродвигатели

В отличие от синхронных машин непрерывного вращения шаговые двигатели имеют на статоре явно выраженные полюса, на которых расположены катушки обмоток управления – их коммутация выполняется внешним приводом.

Рассмотрим принцип работы реактивного шагового двигателя, у которого на полюсах статора расположены зубцы, а ротор выполнен из магнитомягкой стали и тоже имеет зубцы.

Зубцы на статоре расположены так, что на одном шаге магнитное сопротивление меньше по продольной оси двигателя, а на другом – по поперечной.

Если дискретно возбуждать в определённой последовательности обмотки статора постоянным током, то ротор при каждой коммутации будет поворачиваться на один шаг, равный шагу зубцов на роторе.

Некоторые модели преобразователей частоты могут работать как со стандартными асинхронными двигателями, так и с серводвигателями.

То есть основное отличие сервоприводов не в силовой части, а в алгоритме управления и скорости вычислений.

Поскольку в программе используется информация о положении ротора, то у сервопривода есть интерфейс для подключения энкодера, установленного на валу двигателя.

Сервоконтроллер

В сервосистемах используется принцип подчинённого управления: контур тока подчинён контуру скорости, который в свою очередь подчинён контуру положения (см. теорию автоматического управления). Сначала настраивается самый внутренний контур – контур тока, потом – контур скорости и самым последним настраивается контур положения.

Контур тока всегда реализован в сервоприводе.

Контур скорости (как и датчик скорости) также всегда присутствует в сервосистеме, он может быть реализован как на базе встроенного в привод сервоконтроллера, так и внешнего.

Контур положения используется для точного позиционирования (например, осей подач в станках с ЧПУ). Если в кинематических связях между исполнительным органом (координатным столом) и валом двигателя нет люфтов, то координата косвенно пересчитывается по значению кругового датчика.

Если люфты есть, то на исполнительный орган устанавливается дополнительный датчик положения (который подключается к сервоконтроллеру) для прямого измерения координаты.

Те есть, в зависимости от конфигурации контуров скорости и положения подбирается соответствующий сервоконтроллер и сервопривод (не в любом сервоконтроллере можно реализовать контур положения!).

В общем случае сервосистема (Motion Control System) может состоять из следующих устройств:

Варианты аппаратно-программной реализации сервосистемы

Типы серводвигателей

Компактные бесщёточные серводвигатели с возбуждением от постоянных магнитов (вентильные), обеспечивающие высокую динамику и точность.

Приводы главного движения и шпинделей инструментальных станков.

Прямой привод не содержит промежуточных передаточных механизмов (шарико-винтовых пар, ремней, редукторов):

Преимущества серводвигателей

Преимущества линейных приводов

Отсутствие кинематических цепей для преобразования вращательного движения в линейное:

Точность

Микронная точность требуется в металлообрабатывающих станках с ЧПУ, а в штабелёрах достаточно и сантиметра. От точности зависит выбор серводвигателя и сервопривода.

Источник

Видео

Обзор шаговых двигателей и серводвигателей для станковСкачать

Чем сервопривод отличается от шагового мотора?Скачать

ЧПУ на сервах, отличие серво и шагового мотора, CNC on servo drives, servo drive vs stepper motor,Скачать

Сравнение Шаговых Двигателей и Шаговиков с ЭнкодеромСкачать

DIRTEC 1325A — разница ускорений на шаговых и серво двигателях. Фрезерный станок с ЧПУСкачать

Как выбрать двигатели для ЧПУ станка?Скачать

Серво или шаговый привод?Скачать

Шаговый двигатель. Выбираем и тестируем.Скачать

Сравнение драйверов шаговых двигателей. Что купить?Скачать

Сервопривод и фрикционный двигатель швейной машины плюсы и минусы чем отличаютсяСкачать