Léptetőmotorok és szervomotorok

Léptetők és szervók használhatók a Bimba OLE aktuátorokkal. Ezek a legjobb motortechnológiák a helyzetszabályozáshoz. Az, hogy melyiket használja, függ a fordulatszámtól, a nyomatéktól, az ártól és gyakran a szállítási időtől is. A következő beszélgetés a két technológia közötti különbségeket magyarázza el.

Léptetőmotor tervezés

A léptetőmotorokat "digitális motoroknak" nevezik, mert lépésenként mozognak, mint az óra mutatói. Amikor az első tekercs feszültség alá kerül, a forgórész fogai az első állórész tekercselés fogaihoz igazodnak, és tartási helyzetben vannak. Amikor a második tekercs feszültség alatt van, a forgórész fogai enyhén elmozdulnak, és igazodnak a második állórész tekercséhez, és tartási helyzetben vannak. A teljes mozgás ebben a példában egy teljes lépés.

Általában fordulatonként 200 lépés van 1,8 fokos lépésenként. Az elektronikus léptetőmotor-vezérlők fejlesztése lehetővé tette a léptetőmotorok használatát. Az elektronikus eszközöknek a tekercseket a megfelelő időben, megfelelő feszültséggel és áramerősséggel, a megfelelő fázisban és a megfelelő sorrendben kell táplálniuk. A vezérlőket úgy fejlesztették ki, hogy képesek legyenek akár 20,000 lépés/fordulat sebességgel mozgatni a léptetőmotorokat, ami 100-szor finomabb mozgást biztosít (0,018 fok lépésenként).

Léptetőmotor-rendszer alkatrészei

A léptetőmotorok teljesítményének megértéséhez hasznos megérteni a léptetőmotor alapú rendszer összetevőit.

Motor és működtető:Tekintsük a motort és az aktuátort együtt egy karnak. Erő nélkül nem fog mozogni.

• Kimenet: A mozgó teher tolóereje és sebessége.
• Bemenet: Tápellátás a léptető meghajtóról.

Működtető:Azt az eszközt, amely a kar mozgatásához szükséges izmot biztosítja, működtető szerkezetnek nevezzük.

• Kimenet: A motor tekercseinek tápellátása megfelelő mennyiségű és sorrendben történik, hogy a működtető "karját" a kívánt irányba mozgassa. A működtetőkhöz áramforrásra, például egyenáramú tápegységre van szükség. Az egyenáramú tápegység kimeneti feszültsége az aktuátoron keresztül közvetlenül a motor tekercseire kerül. A motor tekercselésein áthaladó áram és feszültség arányos a motor nyomatékkimenetével, ezért arányos a hajtómű tolóerő-kimenetével. Általában minél nagyobb a feszültség és az áramerősség, annál nagyobb a tolóerő. Egy bizonyos pont felett az áram növekedése csak a motor tekercselési hőmérsékletét növeli, a nyomatékot nem.
• BEMENET: Elfogadja a léptető impulzusokat és az irányparancsokat a vezérlőtől. Minden egyes elektronikus léptető impulzus megváltoztatja a motor tekercseinek feszültség alá helyezésének módját, ami viszont a motort egy lépéssel elfordítja, ami mozgatja az aktuátort.

Vezérlő:gondolj a vezérlőre úgy, mint az agyra, amely irányítja az izmokat.

• Kimenetek: Lépés- és irányimpulzusokat kap a hajtás. Különféle kimenetek is rendelkezésre állnak a PLC számára, beleértve a buszokon keresztüli kommunikációt (RS232, RS485, Ethernet IP, Profibus stb.), helyben jeleket, riasztásokat és hibakimeneteket.
• Bemenetek: A különböző forrásokból származó bemenetek intelligens és szisztematikus kezelése.

Mágneses kapcsolók

Érzékelők máshol a gépben
Programozható vezérlő kimenetek
Busz kommunikáció a PLC-kről
Kódoló jelek a motoroktól

Kódoló:A kódoló a rendszer "szeme". Közli a vezérlővel, hogy végrehajtották-e a parancsait. A vezérlő összehasonlítja az általa a meghajtónak küldött léptetőimpulzusokat a kódolótól kapott impulzusokkal. Ha az általa küldött impulzusok megegyeznek a kapott impulzusokkal, a vezérlő tudja, hogy parancsát végrehajtották. Ha ezek nem egyenlőek, a vezérlő addig állítja a motort, amíg az nem kapja meg a megfelelő számú jeladó impulzust.

A megbeszélés megkönnyítése érdekében a rendszer blokkdiagramja kényelmesen szétválasztja az összes funkcionális komponenst. Gyakori, hogy a gyártók kombinálják a funkciókat. Például a vezérlők gyakran rendelkeznek beépített meghajtókkal, néhányban pedig beépített tápegység. Egyes motorok beépített kódolókkal, mások pedig beépített meghajtókkal és vezérlőkkel rendelkeznek. Egyes PLC-k beépített vezérlőkkel rendelkeznek.

Léptetőmotor teljesítménye
A léptetőmotoroknak van egy eredendő előnyük:

• A léptetőmotorok a legolcsóbb helyzetszabályozó motortechnológia.
• A léptetőmotorok nyílt hurokban használhatók kódoló nélkül.
• A léptetőmotorok nagyon nagy nyomatékot biztosítanak alacsony fordulatszámon.
• A NEMA keretméretek szabványos rögzítéssel és tengelyátmérővel kaphatók.

A léptetőmotoroknak vannak eredendő hátrányai:

• Míg a léptetőmotorok alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot biztosítanak, a kimenő nyomaték gyorsan csökken a sebesség növekedésével.
• A léptetőmotorok deszinkronizálódhatnak; vagyis nincs szinkronban a vezérlőtől érkező léptető impulzusokkal. Más szóval, a vezérlőből származó léptetőimpulzusok elektromos energiává alakulnak a motor tekercselése számára, de a motor nem forog. Ez akkor fordul elő, ha a terhelés mozgatásához szükséges nyomaték meghaladja a motor nyomatékkapacitását a kívánt fordulatszámon. A probléma elkerülése érdekében:
• Növelje a motor méretét. A motort úgy méretezze meg, hogy a szükséges maximális nyomaték kétszerese legyen.
• Csökkentse a fordulatszámot addig a pontig, ahol a motor nyomatéka elegendő.
• Növelje a motor tekercseinek feszültségét (nagy tápegység).
• Növelje a motor tekercseinek áramát (nagy tápegység).
• Használjon kódolót a pozíció figyeléséhez és a kihagyott lépések korrigálásához.
• Nehéz a szinkronizálás, mert a hibajavítás a löket végén történik, nem folyamatosan, valós időben.
   

Szervo motor tervezés
Definíció szerint a szervo bármilyen visszacsatoló eszköz. A szervomotoroknál tekercsek vannak az állórészen, amelyeket egy szervo-meghajtó vagy erősítő táplál olyan sorrendben, amely a mágneses forgórész forgását (pörgését) okozza. Ahhoz, hogy a vezérlő meghatározhassa, melyik tekercset kapcsolja be legközelebb, ismernie kell a forgórész aktuális helyzetét. Ezt az érzékelést Hall-érzékelőkkel vagy kettős funkciójú kódolókkal hajtják végre.

A szervomotor rendszer alkatrészei
A szervorendszer blokkvázlata megegyezik a léptetőmotoros rendszerével, bár az alkatrészek műszakilag eltérőek. A szervoerősítők funkcionálisan egyenértékűek a léptetőmotoros meghajtókkal. A léptetőmotorokhoz hasonlóan a funkciókat általában a gyártó kombinálja.

Szervomotor teljesítménye
A szervóknak van egy eredendő előnyük:

• Nagy sebesség
• Nagy gyorsulás
• Nagy pontosságú
• Nagyobb nyomaték nagyobb fordulatszámon
• Több motor könnyen szinkronizálható (valós idejű hibajavítás)

A szervóknak vannak eredendő hátrányai:

• Bonyolultabb rendszer, mint a léptetőmotorok
• A motort be kell hangolni az optimális teljesítmény érdekében
• Drágább rendszer, mint a léptetőmotorok
• Kisebb nyomaték a legalacsonyabb fordulatszámon, mint a léptetőmotoroknál
• Nem szabványos rögzítési geometria (gyártónként változó) és tengelyátmérő
• Alacsony fordulatszámon kisebb nyomaték, mint az azonos méretű léptetőmotoroknál
   

Az elektromos működtetőkkel való használat következményei
Bármelyik technológiát is alkalmazzák, azt az aktuátor kialakításához kell igazítani.

• Előfordulhat, hogy egy kis fordulatszámú szervo nem ér el ugyanolyan alacsony fordulatszámú működtető teljesítményt, mint egy léptetőmotor.
• Ha egy léptetőmotort ugyanazon a működtetőegységen lévő szervóra cserélünk, akkor nagyobb fordulatszámon nem feltétlenül keletkezik nagyobb tolóerő, mivel a működtető szerkezet egyéb alkatrészei korlátozhatják a teljesítményt.

Az alkalmazástól függően a két motortechnológia mindegyikének vannak előnyei. Az alábbi táblázat útmutatóként használható.