a circuito chiusomotori passo-passohanno cambiato 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 costomotori 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 saggezza convenzionale, i sistemi di controllo servoassistiti offrono prestazioni migliori in applicazioni in cui sono richieste velocità superiori a 800 giri/minuto 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 comune sui motori passo-passo e sui servomotori? Analizziamolo più nel dettaglio di seguito.
1. Semplicità e costi
I motori passo-passo non solo sono più economici dei servomotori, ma sono anche più semplici da installare 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 superiori, è necessario utilizzare servomotori, che sono più costosi e complessi.
2. Struttura
motori passo-passoRuotano in modo graduale, utilizzando bobine magnetiche per attirare progressivamente un magnete da una posizione all'altra. Per spostare il motore di 100 posizioni in qualsiasi direzione, il circuito richiede 100 operazioni di passo. I motori passo-passo utilizzano impulsi per ottenere movimenti incrementali, consentendo un posizionamento preciso senza l'uso di sensori di feedback.
Il funzionamento del servomotore è differente. Esso collega un sensore di posizione, ovvero un encoder, al rotore magnetico e rileva continuamente la posizione esatta del motore. Il servomotore monitora la differenza tra la posizione effettiva del motore e la posizione desiderata 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 progettuali adottate.motori passo-passoI motori passo-passo hanno un numero di poli molto maggiore rispetto ai servomotori, quindi una rotazione completa di un motore passo-passo richiede molti più scambi di corrente negli avvolgimenti, con conseguente rapido calo della coppia all'aumentare della velocità. Inoltre, se si raggiunge 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 alle basse velocità, quando il motore passo-passo ha un vantaggio di coppia rispetto a un servomotore di pari dimensioni.
All'aumentare della velocità, la coppia del motore passo-passo diminuisce
4. Posizionamento
Esistono importanti differenze tra motori passo-passo e servomotori nelle applicazioni in cui è necessario conoscere in ogni momento la posizione esatta della macchina. Nelle applicazioni di controllo a circuito aperto con motori passo-passo, il sistema di controllo presuppone che il motore si trovi sempre nel corretto stato di movimento. Tuttavia, in caso di problemi, come ad esempio il blocco del motore dovuto a un componente incastrato, il controllore non è in grado di conoscere la posizione effettiva della macchina, il che può portare a una perdita di posizione. Il sistema a circuito chiuso del servomotore presenta un vantaggio: se viene bloccato da un oggetto, lo rileva immediatamente. La macchina si arresta e non perderà mai la posizione.
5. Calore e consumo di 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 il ciclo di velocità e quindi evita il problema del surriscaldamento del motore.
Riepilogo comparativo
I sistemi di controllo servoassistiti sono più adatti ad applicazioni ad alta velocità che comportano variazioni dinamiche del carico, come ad esempio i bracci robotici. I sistemi di controllo a motore passo-passo, d'altro canto, sono più indicati per applicazioni che richiedono accelerazioni da basse a medie e coppie di mantenimento elevate, come stampanti 3D, nastri trasportatori, assi secondari, ecc. Poiché i motori passo-passo sono più economici, possono ridurre il costo dei sistemi di automazione. I sistemi di controllo del movimento che necessitano di sfruttare le caratteristiche dei servomotori dovranno dimostrare che questi motori, pur più costosi, valgono il loro prezzo.
Motori passo-passo con controllo ad anello chiuso
Il motore passo-passo con controllo elettronico integrato è equivalente a un motore brushless CC bifase e può eseguire il controllo ad anello di posizione, il controllo ad anello di velocità, il controllo DQ e altri algoritmi. Un encoder assoluto a giro singolo viene utilizzato per la commutazione ad anello chiuso, garantendo così una coppia ottimale a qualsiasi velocità.
Basso consumo energetico e mantenimento della temperatura
I motori passo-passo VIC sono estremamente efficienti dal punto di vista energetico. A differenza dei motori passo-passo ad anello aperto, che funzionano sempre con la corrente massima consentita e causano problemi di surriscaldamento e rumore, la corrente nei motori VIC varia in base alle effettive condizioni di 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. Grazie al funzionamento a temperature inferiori del motore e della scheda di controllo elettronica integrata, i motori passo-passo VIC possono raggiungere picchi di coppia più elevati, paragonabili a quelli 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 in applicazioni ad alte prestazioni e ad alta velocità che in precedenza erano appannaggio esclusivo dei servomotori.
Motori passo-passo con tecnologia a circuito chiuso
E se i vantaggi della tecnologia servoassistita a circuito chiuso potessero essere applicati ai motori passo-passo?
Potremmo ottenere prestazioni paragonabili a quelle dei servomotori, mantenendo al contempo i vantaggi in termini di costi dei motori passo-passo?
Grazie alla combinazione della tecnologia di controllo ad anello chiuso, il motore passo-passo diventerebbe un prodotto completo che unirebbe i vantaggi sia dei servomotori che dei motori passo-passo a un costo contenuto. Poiché i motori passo-passo ad anello chiuso offrono miglioramenti significativi in termini di prestazioni ed efficienza energetica, possono sostituire i più costosi servomotori in un numero crescente di applicazioni di alto livello.
Di seguito viene riportato un esempio di motore passo-passo integrato VIC con controllo ad anello chiuso incorporato, al fine di illustrare le prestazioni, i vantaggi e gli svantaggi dei motori passo-passo con tecnologia ad anello chiuso.
Requisiti di prestazione perfettamente corrispondenti
Per garantire una coppia sufficiente a superare i disturbi ed evitare la perdita di passi, i motori passo-passo ad anello aperto devono solitamente offrire una coppia superiore di almeno il 40% rispetto al valore richiesto dall'applicazione. I motori passo-passo a circuito chiuso Toda non presentano questo problema. Quando questi motori si bloccano a causa di un sovraccarico, continuano a sostenere il carico senza perdere coppia. Riprendono a funzionare anche dopo che la condizione di sovraccarico è stata eliminata. La coppia massima è garantita a qualsiasi velocità e il sensore di posizione assicura che non vi sia alcuna perdita di passi. I motori passo-passo a circuito chiuso possono quindi essere specificati in modo da soddisfare esattamente i requisiti di coppia dell'applicazione specifica, senza la necessità di un margine aggiuntivo 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 VIC ad anello chiuso possono raggiungere un'accelerazione molto rapida, una bassa rumorosità operativa e una bassa risonanza. Possono operare a larghezze di banda molto più elevate e ottenere prestazioni eccellenti.
Nessun mobile
Toda integra la scheda di controllo dell'azionamento con il motore, riducendo la quantità di cablaggio e semplificando la soluzione di implementazione. 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 offrono agli utenti un'eccellente precisione ed efficienza, con le prestazioni di un servomotore e il basso costo di un motore passo-passo. I motori passo-passo a basso costo stanno gradualmente trovando applicazione in settori che altrimenti sarebbero dominati dai costosi servomotori.
Data di pubblicazione: 10 aprile 2023