A circuito chiusomotori passo-passohanno modificato il rapporto prestazioni/costo in molte applicazioni di controllo del movimento. Il successo dei motori progressivi a circuito chiuso VIC ha anche aperto la possibilità di sostituire i costosi servomotori con motori a basso costo.motori passo-passoIn un numero crescente di applicazioni di automazione industriale di alto livello, i progressi tecnologici stanno modificando il rapporto prestazioni/costo tra motori passo-passo e servomotori.
Motori passo-passo contro servomotori
Secondo la concezione comune, i sistemi di servocontrollo offrono prestazioni migliori in applicazioni che richiedono velocità superiori a 800 giri/min e un'elevata risposta dinamica. I motori passo-passo sono più adatti ad applicazioni con velocità inferiori, accelerazione da bassa a media e coppia di mantenimento elevata.
Qual è dunque il fondamento di questa convinzione diffusa su motori passo-passo e servomotori? Analizziamola più in dettaglio di seguito.
1. Semplicità e costi
I motori passo-passo non solo sono più economici dei servomotori, ma sono anche più semplici da mettere in servizio e manutenere. I motori passo-passo sono stabili da fermi e mantengono la posizione (anche con carichi dinamici). Tuttavia, se per determinate applicazioni sono richieste prestazioni più elevate, è necessario utilizzare servomotori più costosi e complessi.
2. Struttura
motori passo-passoruotano a passi, utilizzando bobine magnetiche per trascinare gradualmente un magnete da una posizione all'altra. Per spostare il motore di 100 posizioni in qualsiasi direzione, il circuito richiede l'esecuzione di 100 operazioni di passo-passo sul motore. I motori passo-passo utilizzano impulsi per ottenere movimenti incrementali, consentendo un posizionamento preciso senza l'utilizzo di sensori di feedback.
Il metodo di movimento del servomotore è diverso. Collega un sensore di posizione, ovvero un encoder, al rotore magnetico e rileva costantemente la posizione esatta del motore. Il servo monitora la differenza tra la posizione effettiva del motore e quella comandata e regola di conseguenza la corrente. Questo sistema a circuito chiuso mantiene il motore nel corretto stato di movimento.
3. Velocità e coppia
La differenza di prestazioni tra motori passo-passo e servomotori deriva dalle diverse soluzioni di progettazione del motore.motori passo-passohanno un numero di poli molto maggiore rispetto ai servomotori, quindi un giro completo di un motore passo-passo richiede molti più scambi di corrente negli avvolgimenti, con conseguente rapido calo di coppia all'aumentare della velocità. Inoltre, se viene raggiunta la coppia massima, il motore passo-passo potrebbe perdere la sua funzione di sincronizzazione della velocità. Per questi motivi, i servomotori sono la soluzione preferita nella maggior parte delle applicazioni ad alta velocità. Al contrario, il maggior numero di poli di un motore passo-passo è vantaggioso a velocità inferiori, quando il motore passo-passo ha un vantaggio di coppia rispetto a un servomotore delle stesse dimensioni.
All'aumentare della velocità, la coppia del motore passo-passo diminuisce
4. Posizionamento
Esistono differenze importanti tra motori passo-passo e servomotori nelle applicazioni in cui è necessario conoscere in ogni momento l'esatta posizione della macchina. Nelle applicazioni di movimento ad anello aperto controllate da motori passo-passo, il sistema di controllo presuppone che il motore sia sempre nello stato di movimento corretto. Tuttavia, in caso di problemi, come ad esempio lo stallo del motore a causa di un componente bloccato, il controller non è in grado di conoscere la posizione effettiva della macchina, il che può portare a una perdita di posizione. Il sistema ad anello chiuso del servomotore presenta un vantaggio: se viene bloccato da un oggetto, lo rileva immediatamente. La macchina smette di funzionare e non si sposta mai fuori posizione.
5. Consumo di calore ed energia
I motori passo-passo ad anello aperto utilizzano una corrente fissa e generano molto calore. Il controllo ad anello chiuso fornisce solo la corrente necessaria per l'anello di velocità, evitando così il problema del surriscaldamento del motore.
Riepilogo del confronto
I sistemi di controllo servoattuato sono più adatti ad applicazioni ad alta velocità che comportano variazioni dinamiche del carico, come i bracci robotici. I sistemi di controllo passo-passo, invece, sono più adatti ad applicazioni che richiedono un'accelerazione medio-bassa e un'elevata coppia di mantenimento, come stampanti 3D, nastri trasportatori, sottoassi, ecc. Poiché i motori passo-passo sono più economici, possono ridurre il costo dei sistemi di automazione quando vengono utilizzati. I sistemi di controllo del movimento che devono sfruttare le caratteristiche dei servomotori dovranno dimostrare che questi motori più costosi valgono il loro peso in oro.
Motori passo-passo con controllo ad anello chiuso
Il motore passo-passo con controllo elettronico integrato è l'equivalente di un motore DC brushless bifase e può eseguire il controllo dell'anello di posizione, il controllo dell'anello di velocità, il controllo DQ e altri algoritmi. Un encoder assoluto monogiro viene utilizzato per la commutazione ad anello chiuso, garantendo così una coppia ottimale a qualsiasi velocità.
Basso consumo energetico e mantenimento del fresco
I motori passo-passo VIC sono altamente efficienti dal punto di vista energetico. A differenza dei motori passo-passo ad anello aperto, che funzionano sempre a piena corrente e causano problemi di calore e rumore, la corrente varia in base alle condizioni effettive del movimento, ad esempio durante l'accelerazione e la decelerazione. Analogamente ai servomotori, la corrente assorbita da questi motori passo-passo in un dato momento è proporzionale alla coppia effettivamente richiesta. Poiché il motore e la scheda elettronica di controllo integrata funzionano a temperature inferiori, i motori passo-passo VIC possono raggiungere coppie di picco più elevate, paragonabili a quelle dei servomotori.
Anche ad alte velocità, i motori passo-passo VIC richiedono meno corrente
Grazie ai progressi nella tecnologia a circuito chiuso, i motori passo-passo sono in grado di penetrare applicazioni ad alte prestazioni e alta velocità che in precedenza appartenevano esclusivamente ai servomotori
Motori passo-passo con tecnologia a circuito chiuso
E se i vantaggi della tecnologia servo a circuito chiuso potessero essere applicati ai motori passo-passo?
Potremmo ottenere prestazioni paragonabili a quelle dei servomotori, continuando a sfruttare i vantaggi economici dei motori passo-passo?
Combinando la tecnologia di controllo a circuito chiuso, il motore passo-passo diventerebbe un prodotto completo che offre i vantaggi sia dei servomotori che dei motori passo-passo a costi contenuti. Poiché i motori passo-passo a circuito chiuso offrono miglioramenti significativi in termini di prestazioni ed efficienza energetica, possono sostituire i servomotori più costosi in un numero crescente di applicazioni di alto livello.
Di seguito è riportato un esempio di motore passo-passo VIC integrato con controllo a circuito chiuso incorporato per spiegare le prestazioni e i vantaggi e gli svantaggi dei motori passo-passo con tecnologia a circuito chiuso.
Requisiti prestazionali perfettamente abbinati
Per garantire una coppia sufficiente a superare i disturbi ed evitare la perdita di passi, i motori passo-passo ad anello aperto devono solitamente garantire che la coppia sia almeno del 40% superiore al valore richiesto dall'applicazione. I motori passo-passo ad anello chiuso non presentano questo problema. Quando questi motori passo-passo si bloccano a causa di un sovraccarico, continuano a mantenere il carico senza perdere coppia. Continueranno a funzionare anche dopo che la condizione di sovraccarico è stata rimossa. La coppia massima può essere garantita a qualsiasi velocità e il sensore di posizione assicura che non vi sia alcuna perdita di passo. I motori passo-passo ad anello chiuso possono quindi essere specificati per soddisfare esattamente i requisiti di coppia dell'applicazione in questione senza la necessità di un ulteriore margine del 40%.
Con i motori passo-passo ad anello aperto, è difficile soddisfare elevati requisiti di coppia istantanea a causa del rischio di perdita di passi. Rispetto ai motori passo-passo convenzionali, i motori passo-passo ad anello chiuso VIC possono raggiungere accelerazioni molto elevate, bassa rumorosità operativa e bassa risonanza. Possono funzionare a larghezze di banda molto più elevate e raggiungere prestazioni eccellenti.
Nessun mobile
Toda integra la scheda di controllo dell'azionamento con il motore, riducendo la quantità di cablaggio e semplificando l'implementazione della soluzione. Con Toda, è possibile realizzare macchine senza armadi.
L'integrazione dell'elettronica con i motori passo-passo riduce la complessità
Grazie alla tecnologia a circuito chiuso, i motori passo-passo a circuito chiuso offrono agli utenti un'eccellente precisione ed efficienza, con le prestazioni di un servomotore e il costo contenuto di un motore passo-passo. I motori passo-passo a basso costo si stanno gradualmente diffondendo in applicazioni che altrimenti sarebbero dominate da servomotori ad alto costo.
Data di pubblicazione: 10 aprile 2023