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能源类  
步进机电和伺服机电

 

对现今的活动操纵而言,伺服机电较着是一个好的挑选,步进机电亦然。另外,比起前些年,步进机电不只价钱降落了,并且比之前更容易于选型、装配和操纵。可是,在这些方面,伺服机电也有一样成长。明天,对“步进机电与伺服机电比拟”题目的观点与畴前一样恍惚不清。两种机电操纵了根基不异的手艺成长并且以几近不异的速率前进。与五年前比拟,步进机电更好地知足了步进操纵,伺服机电也一样更好地知足了伺服操纵。

节制器改良
受害于手艺成长出格多的一个范畴是活动节制器。遭到电子反动的鞭策,既能够或许或许或许运转步进机电又能够或许或许或许运转伺服机电的装配几近在一切方面都变得更好了。最大的改良是在如Microsoft Windows等公用平台上运转的易于利用的接口的开辟。规范接口战争台节流了时候和用度,简化了装配、编程和毛病解除。

 


图1 永磁伺服机电有直流电刷和无刷两种情势。有刷情势须要的节制器比无刷情势须要的庞杂水平低,经常用于低功率操纵,无刷直流伺服机电(交换永磁型)须要庞杂的电子电路用于通讯。其绕组靠近机电外壳的内部,有助于冷却。因为不电刷磨擦和电刷压降,它们的动弹惯量也较小,加倍高效、靠得住
因为接纳固态开关和智能电源模块,节制器也变得更小、功效更大。此刻的电源开关装配降落了电压降和开关消耗,母线电压在565~680 VDC规模内具备额定的适用性,很是高效,经常能以较小的成套装备向机电传递两倍以上的功率。今朝,智能模块是如斯矫捷和坚忍,有些制作商乃至把它们放在机电外壳内部。经由过程附加的智能功效,古代活动节制器还供给多种反应选项和节制计谋,并且它们比之前连系了更多的功效。比方,通讯板正在成为规范设置装备摆设,在节制器和智能传动装配上实现了开放式总线布局— SynqJSct、Signet、Sercos、CanOpen、Profibus、DeviceNet、以太网。

有关的趋势是PC与PLC体系布局集成。在敏捷成长的活动节制器中,“计较机”就集成在此中。在其余操纵中,相反的做法更成心义:活动节制器嵌在机器节制器、PC和PLC中。不管以何种体例,机器和活动节制器之间持久存在的边界敏捷削减。对设想职员,这真是个好动静,可是有一点必须申明,以防止曲解。比起典范的机器利用寿命,电子手艺的利用寿命进步更快。因此,任何不易于进级的机器城市相称快地被裁减。计较机硬件和软件工程师避易就难地处置了这个题目:明天几近每一个电子元件,都必须向后兼容,特别是在产业机器中。

磁性材料
与节制器一样,磁性材料在曩昔几年里也有了很大改良。更好的处置和材料构成使稀土磁体具备更大的热容量,使供货商能够或许或许或许以较低的本钱出产更高功率的机电磁体。机电中的透过效应象征着明天的大功率伺服机电和步进机电比其之前的型号价钱更公道。

 


图2 一台步进机电相称于一台与电阻串连的感到器,因此,发生转矩的电流的增添须要时候,该时候常数限定了在任何给定电压的速率,以是在给定的操纵中,能够或许或许须要较高的电压以进步机电的速率
另外,对给定的现实机架规格,因为制作工艺进步,制作商能够或许或许装配比之前更多的绕组。如许机电能够或许或许或许发生(和消弭)更多热量,而不使磁体机能劣化。对给定的效力,在不异的空间里更多的散热相称于更大的功率和转矩密度。

机电中最常利用的磁性材料包含钕(钕铁硼化物)、钐钴、铁素体和磁钢(铝镍钴合金)。它们各有各的长处,但前两种能够或许或许或许发生更高能量的磁体,出产更高效、更大功率的机电。现实上钕供给最高的能量,今朝能够或许或许在温度180℃以下的机电中利用。因为钕粉价钱降落,并且因为磁体系体例作商接纳了替换(注压成型) 制作工艺,这类材料的机能会有很大改良。
可是,在现有的机电设想中接纳高能量密度磁体并非不错误谬误。如许的磁体凡是会增添铁中的磁通密度,使外壳和电枢叠片饱和,增添铁损。为了防止这个题目,很多制作商正在设想新的机电系列,削减电流罗致,进步工艺效力。防止饱和是关头,因为一旦铁芯饱和,更大电流凡是象征着只要用更多热量和更低效力来实现给定的输入。

更高功率的步进机电

利用步进机电仍是伺服机电老是一个应按照操纵环境来肯定的题目。虽然按照之前的经历和温馨水平做出决议计划是很天然的,可是针对恰当的任务挑选恰当的机电(不管是步进机电仍是伺服机电),是更理智的做法。

 


普通而言,若是操纵须要高出产才能,高速机能或高带宽以便停止搅扰校订,比方在机器主轴中,则应挑选伺服机电。若是机能和速率请求普通,在副轴中,比方机器调剂和设置,则步进机电经常是更好的挑选。对副轴,步进机电是抱负的挑选,因为它们更容易于设想到节制体系中并且操纵用度低。在大大都环境下,步进机电不须要微调或反应电路。因为其简略性,它们也更不易于发生毛病。

古代步进机电还能比其前几代产物发生更高的功率。一个缘由在于微处置器今朝能够或许或许位于步进机电外壳内,严酷节制电流。转子直径增添是另外一个缘由,装备“超大尺寸”转子的步进机电每单元体积发生更大转矩,和更高的惯量。10:1负载与转子惯性比对步进机电的尺寸肯定是一个很好的经历法例,这也扩展了合适特定机架规格的操纵规模。改良步进机机电能的其余身分包含内置反应、微步进和挪动竣事阻尼。虽然大大都步进机电是极为切确的开环运转,内置反应供给额定的切确性。微步进是一种削减步长的工艺,在低速下发生较安稳的转矩,在高速下发生更高的分辩率。挪动竣事阻尼正如它的称号所表示的,削减不变时候,同时使精度最大化。

 


此刻的步进机电能够或许或许还利用内部反应,但与前几年比拟,缘由是差别的。有一个时代用过编码器,经由过程坚持电流脉冲与轴交角同步赞助节制器防止失速。明天,这凡是是不须要的,因为有活动电子装配处置“失速检测”。在利用反应的处所,它有助于校订因为其余元件形成的未瞄准题目,比方定位表中的偏差。也便是说,须要反应的很多步进机电操纵起头靠近伺服体系的用度,在这类环境下,两种体系的长处和错误谬误均招斟酌。

加大功率的伺服机电
比起步进机电,伺服机电有两个较着的长处:它们能够或许或许在普遍的速率规模上发生高转矩,并且因此小型成套装配实现的。在曩昔几年里,它们的价钱也有了大幅度降落,首要是因为大批出产。

 


图5 无刷直流机电经常利用霍耳效应传感器,在正弦整流活动中,加电时利用霍耳传感器反应以便在基于规范数字编码器反应转换到正弦整流之前测定整流挨次,在六步传动装配中,霍耳传感器反应零丁测定整流
持久以来,微调题目曾是搅扰伺服机电用户的一大困难。现实上,有些伺服体系能够或许或许主动停止微调并顺应任何机器体系而不降落机能。虽然伺服机电设想为高速运转,在切确节制下,它们也能够或许或许在极低的速率下运转,乃至低至0r/min。但是,在精度不成题目的处所,对低速操纵,步进机电凡是是更经济的处置计划。普通而言,“低速”指低于1000 r/min。高于1000 r/min时,步进机电转矩起头降落,这是因为能量丧失和磁路时候常数的缘由。比拟之下,有近似转矩的伺服机电在到达约2500~3000 r/min或以上之前转矩不会降落。

其余身分,比方功率、转矩和反复性决议在1000~3000 r/min之间的速率规模内利用何种机电,如1.5kW(2hp)以上时,凡是利用无刷伺服机电;1.5kW(2hp)以下时,伺服机电和步进机机电能趋势于堆叠。在低速时,失速时代,或坚持负载时,对给定的机架规格,步进机电(装备超大尺寸转子)比伺服机电能够或许或许或许发生更高转矩。该转矩使步进机电在不齿轮箱或其余机器增益的环境下发生极为切确和刚性的低速活动。

在步进机电活动时,不活动。比拟之下,启用时,因为不时的闭环偏差校订,伺服机电历来不活动。伺服机电的这类“高频振动”凡是相称于不跨越几个反应计数,虽然在大大都操纵中不易发觉,在另外一些操纵中倒是相对不可接管的。在反复性和分辩率被正视的处所,传统上伺服机电的范畴,此刻能够或许或许斟酌步进机电了。请求负载必须是可展望的,或只遭到小外力的影响。此时,步进机电(开环运转)比相称的伺服机电处置计划能够或许或许节流30%。
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