Что больше нравится?

Воскресенье, 29 Декабрь 2019 07:13

Шаговые двигатели и серводвигатели для ЧПУ

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

Особенностью шагового двигателя заключается в том, что он может контролировать угловое положение ротора без замкнутого контура обратной связи, это простая и точная разомкнутая система. Рассмотрим принцип работы шагового двигателя с переменным магнитным сопротивлением, который является самым простым. У шагового двигателя шесть зубьев на статоре, которые могут быть запитаны от 3х отдельных источников постоянного тока. Ротор состоит из ряда стальных пластин, у него отличное от статора количество зубьев, в данном случае их 4, это сделано намеренно для того чтобы только 1 пара зубьев ротора могла одновременно находиться напротив зубьев статора.

 

Если обесточить обмотку А и запитать обмотку Б станет ясно что ротор будет, из уроков геометрии понятно что 1 шаг соответствует размер шага данного двигателя составляет 30 градусов, чтобы перейти к следующему шагу, нужно обесточить обмотку Б и запитать обмотку Ц. Точность может быть доведена до 15 градусов, при помощи одного простого приема, для этого нужно запитать обмотки А и Б, тогда ротор встанет между ними на угол 15 градусов. Это называется дробление шага. Двигатель который рассматривали называется двигателем с переменным магнитным сопротивлением. Наиболее универсальными и широко распространенными являются гибридные шаговые двигатели, рассмотрим его работу стандартного гибридного двигателя с величиной шага в 1,8 градуса.

 

Гибридный двигатель имеет намагниченный по оси ротор со стальными зубчатыми наконечниками. Таким образом одна сторона является северным полюсом, а другая южным. Точность данного двигателя заключается в продуманном расположении зубьев ротора и статора, разберемся как это работает. Ротор имеет 50 зубьев, чтобы понять как расположены зубья статора, для начала предположим что у статора тоже 50 зубьев. Однако на самом деле их на два зуба меньше чем у ротора. Таким образом у статора остается 48 зубьев, разделим их на 4 группы попарно, теперь выровняем эти группы: первая группа сдвигаются так, что она оказывается на половину выровненной с другими зубьями ротора, зубья второй группы полностью смещены относительно зубьев ротора, третья группа на половину выровнена относительно зубьев ротора, четвертая группа остается на своем месте.

То есть четвертая группа полностью выровнена с ротором, а вторая группа смещена, две другие группы смещены лишь наполовину. Следует помнить, что сторона ротора, направленная к нам является южным магнитным полюсом. Обмотки статора соединяются следующим образом: они представляют собой две независимые группы обмоток, при подаче питания на обмотку статора образует намагниченность, одна пара полюсов действует как северный полюс, а другая как южный. т.к. противоположные полюса притягиваются, они будут совмещены, а полюса с одинаковой полярностью будут смещены. При подаче тока на другую пару обмоток, статор совершит на небольшой угол чтобы выровняться с новым полюсом. Этот угол составляет ¼ часть углового шага.

 

Другими словами, ротор поворачивается на 1,8 градуса, затем задействуется обмотка с противоположной полярностью и вновь поворачивается на 1,8 градуса. Данный процесс повторяется и двигатель совершает высокоточные движения. Улучшение угла шага может быть улучшено применением дробления шага.

 

 

Подбор шагового двигателя для ЧПУ.

 

Основными критериями являются:

индуктивность,

график зависимости крутящего момента от скорости,

геометрические параметры.

 

Индуктивность. Значение которого высчитывается как, квадратный корень индуктивности обмоток и умноженное на число 32. Дальше необходимо сравнить с напряжением ИП для драйвера. Значения не должны отличаться не более чем на 30 процентов. Если превышает, то двигатель будет шуметь и греться, а вовсе могут обмотки замкнуть от температуры и сгореть. Наибольшая индуктивность обеспечит наибольший крутящий момент.

Но для этого нужен драйвер с довольно большим напряжением для питания двигателя. График зависимости крутящего момента от скорости. Этот график помогает определять то требование, что может ли данный двигатель удовлетворить условиям в технических действиях.

 

 

Геометрические параметры.

Здесь учитываются длины, габариты, диаметры валов, фланцы и т.д.

 

Выбор типов двигателя.

Наиболее распространены в мире двигатели: биполярные, униполярные, трёхфазные.

 

Биполярные используют для ЧПУ, так как легко подобрать новые драйвера, при замене старого или вышедшего из строя драйвера.

 

Униполярные двигатели, это несколько биполярных двигателей в зависимости от переключения обмотки.

 

Трёхфазные двигатели применяют для высокой скорости, в основном где требуется высокая скорость вращения вала.

 

Преимуществами шагового двигателя являются: регулирование скорости без датчика для обратной связи и точное позиционирование в станке. Легкость подключения и обслуживания. Низкая стоимость в отличии от серводвигателей. Недостатками являются: ограничение по скорости, максимально до тысячи оборотов в минуту. И возможность пропуска шагов при высоких нагрузках.

 

Серводвигатель – это двигатель бесколлекторного типа с отрицательной ОЗ, предназначенный для станков с числовым программным управлением. Эти двигатели обладают высокоскоростными характеристиками и точностью позиционирования.

Двигатель представляет собой электромеханический привод, который позволяет осуществлять управление скоростью в определенном заданном диапазоне. Серводвигатели являются наиболее обширными в целях машиностроения и в других промышленностях.

 

 

Состоит двигатель из: ротора, статора, комплектующих (которые нужны для подключения), датчик обратной связи, узел направления и коррекции, система вкл./выкл. и непосредственно корпуса.

Функционированием двигателя является условие его работы в системе g кодов (команд управления). Управление системой производится с помощью стойки числового программного управления.

 

 

Разновидностями двигателей являются такие как: коллекторные и безколлекторные. Они могут быть запитаны постоянным током и переменным током. Серводвигатели, которые работают от постоянного тока они дешевые в отличии от двигателей, которые работают от переменного тока. серводвигатели выпускаются в синхронном и асинхронном виде.

Синхронные имеют высокую рабочую динамику, хорошо регулируются в момент больших нагрузок, выдерживают высокие перегрузки, выдерживают тепловую нагрузку, охлаждаются конвекционной технологией, высокое качество регулирования оборотов, длительная эксплуатация с пусковым моментом, на низких оборотах возникают пульсации крутящего момента.

 

 

Асинхронные серводвигатели имеют среднюю динамику, при высоких моментах нагрузок отлично настраиваются, отличное преобладание перегрузок в отличии от синхронных, выдерживают высокие тепловые нагрузки, охлаждение осуществляется за счёт крыльчатки, отличная регулировка оборотов, отсутствие пульсаций вращающего момента.

 

 

Серводвигатель необходимо эксплуатировать в надлежащих условиях окружающей среды:

диапазон температуры от 0 до 40 градусов по цельсию, влажности не менее 80 процентов. Не допускать вибрации не более 0,5G. Нельзя допускать попадание воды, паров, пыли, солей и т.д.

Используют серводвигатели в различных сферах деятельности. Машиностроение, металлургия, намоточные устройства, экструдеры. Основное где используется и применяется это для подач в станках с числовым программным управлением.

Серводвигатели бесшумные и плавные в работе, надежны и безотказны. В случае поломки серводвигателя – они ремонту не подлежат, дорогие же двигатели бесщеточные отремонтировать можно, но проще и легче купить новый и установить.

 

Шаговые двигатели дешевле серводвигателей, но это если нужны двигатели до определенного крутящего момента, двигатели с диаметров фланца 110 мм. Стоимость сопоставима шаговых двигателей и серводвигателей Darxton.

Чем больше станок, тем большие шаговые двигатели ему нужны. При слабых двигателях могут возникать пропуск шагов и снизится чистота обработанной поверхности. Серводвигатели имеют большинство настроек, требуют больше внимания чем к шаговым и более опытного оператора. Если есть необходимость в высоких скоростях, то следует выбирать серводвигатели, шаговые если быстро разогнать, то это приведет к пропуску шагов или вовсе к остановке вала. А серводвигатели способны на краткий промежуток времени увеличить ток на обмотках для того чтобы создать большой момент и большее ускорение.

Шаговые двигатели при работе создают большой шум, если это не так критично, то можно не использовать сервоприводы, а если критично то на помощь всегда серводвигатели, у них очень маленький шум при работе. Сроки службы у обоих двигателей большие, но все зависит от их использования, тяжелая обработка- большие силы тем самым большой крутящий момент. Высокая стоимость, изнашивание щеток.

 

 

Безопасность.

Если у шагового двигателя заклинит вал, то двигатель просто будет пропускать шаги без вреда для оборудования. Если же вал серводвигателя заклинило, то может вырвать/провернуть передачу и вовсе повредить оборудование или двигатель может сгореть при неправильной его настройке.

Обратная связь у шаговых двигателей отсутствует.

Шаговые двигатели имеют точность перемещений в пределах 0,01 мм, в то же время как серводвигатель обеспечивает точность не хуже 0,002 мм.

Шаговый двигатель NEMA 110HS150-6504A имеет характеристики: две фазы, угловой шаг 1,8 градусов, ток в 6,5 ампер, сопротивление 0,9 Ом, индуктивность 16 мГн, крутящий момент 24 Нм. Производитель заявляет, что главным приемуществом шагового двигателя является точность, при подаче потенциалов на обмотки двигателя, вал повернется на строго определенный угол. Недорогая альтернатива серводвигателям. Подходит для автоматизации отдельных систем и узлов, например, где не требуется высокая динамика.

 

Стоимость на данный момент составляет 11600 руб.

 

Комплектный серводвигатель HSD мощностью 1,2 кВт – синхронный двигатель переменного тока. Номинальный крутящий момент – 6 Нм. Максимальная скорость вращения составляет 2000 оборотов в минуту. Разрешение энкодера составляет 10000 импульсов. Контроль на позицию и скорость. Питание 220 вольт, 3 фазы 50/60 герц. Цена на данный момент составляет 42500 руб.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2018
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 272 раз Последнее изменение Воскресенье, 29 Декабрь 2019 07:58
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии