Шаговый привод
|
|
|
Шаговый электродвигатель - это синхронный импульсный электродвигатель, в котором импульсы тока, подаваемые в обмотки возбуждения статора, преобразуются в дискретные угловые перемещения (шаги) ротора. Конструктивно шаговые электродвигатели исполняются с явно- и неявнополюсным статором, на котором расположены обмотки возбуждения, и с ротором без обмотки, выполненным из магнитно-мягкого (реактивный ротор), или из магнитно-жесткого (активный ротор) материала. Шаговые двигатели с активным ротором позволяют получать больший вращающий момент и обеспечивают фиксацию положения ротора при обесточенных обмотках.
В шаговом электродвигателе импульсы тока через коммутатор поступают поочередно в обмотки статора, в результате чего ориентация магнитного потока в пространстве между полюсами статора дискретно меняется и вызывает поворот ротора на некоторый угол, называемый шагом ротора.
Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задается последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ.
В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с шагом 1,8° (200 шаг/об) или 0,9° (400 шаг/об).
Главное преимущество шаговых двигателей - экономичная цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле асинхронных аналогов. Шаговый привод как недорогая альтернатива сервоприводу наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика, точность позиционирования, большая мощность и скорость вращения, а также для замены (модернизации) шаговых приводов, выработавших установленный ресурс.
Их использование также оправдано в транспортных средствах (на кораблях, самолетах, поездах), где используется бортовое напряжение от 24 до 75 В постоянного тока.
Для этих и других возможных применений рекомендуются 2-х и 5-ти фазные шаговые двигатели с соответствующими наборами контроллеров, драйверов и источников питания.
Для повышения крутящего момента шаговых двигателей используются специальные редуктора.
Имея широкий набор составных элементов, конструктор может оптимально сконфигурировать привод для выполнения поставленной задачи. Для ускорения и облегчения процедуры выбора элементов привода в настоящее время появились комплектные и интегрированные привода для выполнения определенных задач. Примером комплектного привода является «Комплектный 2-х фазный шаговый привод» замкнутый по скорости.
Для многих отраслей промышленности определенный интерес представляет «Интегрированный шаговый сервопривод». Концепция «интегрированности» для сервоприводов представляет собой идею объединения в одном корпусе нескольких устройств: двигателя, преобразователя частоты, блока управления, программируемого логического контроллера и энкодера. Подобное решение имеет ряд существенных преимуществ для производителей серийного оборудования.
Концепция «интегрированности» для сервоприводов СПШ представляет собой идею объединения в одном корпусе нескольких устройств: двигателя, преобразователя частоты, блока управления, программируемого логического контроллера и энкодера. Подобное решение имеет ряд существенных преимуществ для производителей серийного оборудования.
Преимущества интегрированного сервопривода
- интегрированное решение, экономящее время и деньги и уменьшающее габариты всей системы в целом;
- комплексное решение, в состав которого входят все стандартные модули и функциональные блоки, необходимые для решения задач автоматизации (двигатель, датчик позиции, частотный преобразователь, внутренний блок питания, замкнутое регулирование позиции, функция плавного разгона/торможения, внутренний ПЛК, контроллер движения);
- надежное и безопасное решение, в состав которого входит целый комплекс датчиков и аппаратно-программных защит (датчик позиции и скорости, датчики токов и напряжений, датчик температуры, датчик короткого замыкания, обработка концевых программных и аппаратных датчиков).
Более подробно рассмотрим преимущества интегрированного сервопривода.
Интегрированный сервопривод уменьшает габариты оборудования, в котором он установлен за счет уменьшения количества компонентов и необходимых для их связи кабелей. Чем меньше габариты оборудования, тем меньше нужно для него свободного места. Помимо этого, меньшие габариты позволяют снизить затраты на транспортировку, упаковку, сборку-разборку оборудования. При меньшем количестве компонентов проще произвести наладку оборудования, выявить ошибки.
Интегрированный сервопривод позволяет экономить:
- Стоимость компонентов. Чем меньше компонентов входит в состав оборудования, тем ниже его общая стоимость. Также меньшее количество компонентов предполагает хранение меньшего количества запчастей, что является очень выгодным для производителей серийного оборудования.
- Стоимость труда. Меньшее количество компонентов требует меньше времени для их монтажа и настройки.
- Время вывода на рынок. Меньше времени тратится на поиск и закупку компонентов и на проектирование оборудования. Уменьшается время на сборку и наладку. В итоге цикл вывода оборудования на рынок значительно сокращается.
Интегрированный сервопривод делает оборудование более надежным и безопасным за счет упрощения конструкции. Таким образом, уменьшается количество потенциальных источников ошибок. Чем меньше возникает ошибок у конечных пользователей оборудования, тем меньше расходы производителя на выезды наладчиков.
В настоящее время «Интегрированный шаговый сервопривод СПШ» серийно выпускается на подмосковном предприятии. Готовится к серийному производству «Комплектный сервопривод СПС» на базе синхронного двигателя мощностью 750 Вт (1,7 Н*м) и система управления интегрированными сервоприводами ЧПУ «СервоКон».
Для управления сервоприводами СПШ и СПС предлагается два решения: распределенная система управления и ЧПУ «СервоКон».
Распределенная система управления движением
Для управления сервоприводами разработана специальная система управления движением. Подобная система управления позволяет обойтись без применения дорогостоящей ЧПУ.
Для использования этой системы пользователю необходимо спроектировать свое изделие в CAD-системе, затем загрузить программу в CAM-систему, далее в «Мотомастер». После этого программа может быть выполнена приводами, обрабатывающими G и M - коды. Для приводов СПШ20 и СПС опционально доступен интерпретатор G-кодов.
Преимуществами системы управления являются: экономичность, высокая производительность, экономия времени на монтаж, цифровое управление приводами по шине CAN (1 Мбит/с), возможность управления рассогласованием между математической моделью изделия и траекторией обрабатывающего инструмента.
