Шаговый vs Серво, сравнение, особенности, приемущества, недостатки и т.п.

Добрый день, Товарищи.

Прошу проконсультировать знающих людей относительно особенностей работы шаговых и серводвигателей.

Вопрос терзающий меня звучит примерно так: "Возможно ли получить максимальный крутящий момент, точность, скорость разгона для шагового двигателя, если организовать его работу наподобие серво., путем использования энкодера в цепи обратной связи, и собственно систему обратной связи?". Речь идет конечно о сравнении сопоставимых по массогабаритам серво и шогового.

В моем понимании классический шаговик (скажем 200 имп/оборот) имеет те же физические принципы, что и асинхронный бесколлекторный сервомотор. Отличие лишь в количестве полюсов 200 и 3 соответственно.

И второй вопрос звучит так: "ВОзможно ли использовать в качестве сервомотора обыкновенный асинхронный двигатель?"

По поводу ответа на свой первый вопрос накопал тут http://cncmodelist.ru/stati/stati-po-rabote-s-chpu-stankom/88-shagoviy-dvigatel-cnc.

"При выборе шагового двигателя одной из важнейших характеристик является его скоростные качества, то есть зависимость момента на валу от скорости вращения. Сравнить и оценить эту характеристику можно зная значения сопротивления и индуктивности обмоток выбираемого двигателя. Чем больше соотношение R/L тем быстрее нарастает ток в обмотках и тем большую скорость вращения можно достичь без существенного падения момента. Объясняется это тем, что эквивалентная схема представляет собой последовательно соединенные индуктивность и омическое сопротивление, возникающая в цепи ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в цепи, замедляя его возрастание, а также спад тока при размыкании цепи. Ток не может вырасти мгновенно до номинального значения, а следовательно, крутящий момент двигателя тоже нарастает не мгновенно, а по экспоненте. При увеличении скорости вращения не только увеличивается скорость коммутации обмоток, но также уменьшается время, на которое подается напряжение на обмотку. При критической скорости ток в обмотке двигателя еще не успевает вырасти до номинального значения, а напряжение с обмотки уже снимается. Происходит снижение крутящего момента, двигатель начинает пропускать шаги. "

То есть вся проблема сводится к "грамотному" контроллеру с стабилизацией по току и мощным высоковольтным источником питания. Большее напряжения питания позволяет получать большую скорость нарастания тока в обмотках двигателя.

Михаил, скажите пожалуйста, а что у Вас на гугл санкции ввели?

Тема затерта до дыр. :)

https://www.google.r...%B5%D0%BB%D1%8C

Мне кажется в первую очередь зависит от задач, потом в каком-то конкретном случае нужно уже сравнивать. А так просто спор, какой ниньзя сильнее - белый или черный.

Ладно, попробую перефразировать мучающую меня мысль:

"Возможно, ли использовать шаговый двигатель по тому же принципу, что и серводвигатель"

А именно:

1. Отказаться от собственных шаговых перемещений. Установить энкодер.

2. Использовать "правильный" контроллер с петлей ОС и стабилизацией по току.

Как по мне самое главное отличие - цена.

Шаговик можно выковырять из оргтехники,драйвер спаять на логике.

А серво - дешевле 12 тыс за бу комлект я не находил даже в Китае ,причем это по старым ценам.

та ладно .... то-то в барахолке сервомоторы по 3 тр были.. за 10 я в нашей барахолке забрал 5-ую сигму на 850 ватт полностью комплектную...

ну и шаговики из принтера - они типа "на поиграть", не больше.. более менее нормальный шаговик уже и стоить будет нормально.. тот же 57STH76...

а более крупный формата NEMA34 - дык те вообще сопоставимы по стоимости с китайскими сервами.. плюс к нему еще драйверок нада купить - тоже

примерно равен по стоимости сервоусилку.. плюс еще блок питания.. тоже не самый дешовый....

короче при переходе на формат NEMA34 - лично я не вижу вообще смысла смотреть в сторону шаговиков..

Даже не знаю. Аналоговый усилок и серва вместе 90баксов брал.

Половина мотор, половина усилок... Усилок сделать можно самому. Баксов 15-20 по деталям

ВОзможно ли использовать в качестве сервомотора обыкновенный асинхронный двигатель

Да, без проблем. Системы от DeltaTau этим развлекаются. Только энкодер поставить надо.

А теперь примитивный но действенный расчет причины падения момента/мощности шагового двигателя при повышении частоты.

Для примера возьмем шаговик FL 86 STH118 - 4208A

Шаг = 1,8град = 200 шагов/оборот

Ток фазы: Ip=4.2A

Сопротивление фазы: Rp=0.9Ом

Индуктивность фазы: Ip=6мГн.

Допустим запитали это добро от источника U = 48 В

Комплексное сопротивление обмотки фазы на частотах:

Z = Rp + 2*pi*F*Lp

100 об/мин = 1,667 Гц = 333,333 шаг/сек

Z(100) = 0.9 + 2*3.1415*333,333*6е-3 = 13,466 Ом

1000 об/мин = 16,67 Гц = 3333,333 шаг/сек

Z(1000) = 0.9 + 2*3.1415*3333,333*6е-3 = 126,56 Ом

3000 об/мин = 50 Гц = 10000 шаг/сек

Z(3000) = 0.9 + 2*3.1415*333,333*6е-3 = 377,88 Ом

Имеем следующие амплитудные значения тока в обмотках:

I(100) = U/Z(100) = 3.564 А

I(1000) = U/Z(1000) = 0,379 А

I(3000) = U/Z(3000) = 0,127 А

Что соответствует % от максимального тока:

84,8%

9%

3%

А теперь идем от обратного, ставим "правильный контроллер со стабилизацией по току.

Определим минимальное значение питающего напряжения для каждой частоты:

U(100) = Ip * Z(100) = 4.2 * 13.466 = 56.56 В

U(1000) = Ip * Z(1000) = 4.2 * 126,56 = 531,552 В

U(3000) = Ip * Z(3000) = 4.2 * 377,88 = 1594,656 В

Имы видим, что для скоростей около 1000 об/мин питающеее напряжение (532 В) уже становиться почти нереальным, и уж на 3000 об/мин это точно нереальное напряжение (1600 В).

А если помножит это на частоту этих напряжений 3,3кГц и 10кГц. Становиться понятно, что электронику такую сделать можно но много золота на это уйдет.

Вывод: Для устранения этих недостатков потребуется снижение индуктивности обмоток шагового двигателя, а в связи с количеством полюсов это приведет к снижению кол-ва витков и магнитного поля.

Следовательно шаговый двигатель можно использовать только как шаговый! (спасибо Кэп)

Переходим ко второму вопросу: "Возможно ли к асинхронному двигателю прислюнявить энкодер и использовать его как серво.?"

З.Ы. Любители потыкать в поисковик гугл, покажите мне где найти что-то похожее на эти рассуждения и выводы, везде только готовые постулаты, а почему так нигде нет ничего....

Что то начинает напоминать тему про пяти осевой станок с ЧПУ, которая закончилась постройкой трактора.

Без обид, посмотрите на ссылку которую вам дал выше, это в качестве примера того, что якобы этого ни где нет.

Кстати насчет шагового движка посетила меня кретинская мысль что это у многовитковой обмотки высокая индуктивность а если разбить эту обмотку в пространстве и с изолированными магнитными полями то может удастся обойти тупик в индуктивности и поднять тягу и скорость движка? :crazy:

Даже не знаю. Аналоговый усилок и серва вместе 90баксов брал.

deltafox24, чего же. порядка 90-120 ватт японец щеточный. и усилок в30а8

Кстати насчет шагового движка посетила меня кретинская мысль что это у многовитковой обмотки высокая индуктивность а если разбить эту обмотку в пространстве и с изолированными магнитными полями то может удастся обойти тупик в индуктивности и поднять тягу и скорость движка?

Я недавно экспериментировал с шаговиками.Соединяю обмотки последовательно и паралельно и соответственно ток ставил 3 и 6 ампер.Вроде как должна быть скорость вращения выше,но не тут то было - при паралельном соединении глючит...

при паралельном соединении глючит...

значит обмотки разные - бракованный моторчик или просто не расчитан на то чтобы их параллелить..

Может кто помнит ВЦ времен СССР, там стояли миниЭВМ типа СМ4?

В них применяли цифровые магнитофоны и дисководы ИЗОТ, в которых стояли болгарские движки.

Такой движок вроде не редкость, часто их продают. Ну и что мешает вам его в качестве серводвигателя использовать. Также взять принтеры, копиры и т.д. В них то чаще всего как раз не шаговые движки стоят.

Шаговик, обычно, на подачу бумаги, бывает ставят.

Вообще что вам мешает самим контролер сделать?

Свободно здесь здесь, даже с коэфицентами. Может не такой мощности как вам нужно. Так дерзайте, экспериментируйте с большей мощностью.

Радиторы ставьте, мосфеты мощней, редукторы и т.д.

Рядом кстати там и тема как изготовить самодельный серводвигатель, не такой конечно как 400$ баксов, но тоже ведь работает. Щетки сотрутся, поменяете.

Я уже замучился сервоконтролеры по заказам собирать, особо страждующим, у кого проблемы с комплектухой. Тот правда где то 214 ватт.

Вечно у вас какие то проблемы. Как будто станки, для производства космических аппаратов делаете.

Для хобби и дома, подходят. Для производства, заказывайте у разработчиков, по спец. заказам контролеры за большие деньги.

Вот это кстати на фото, что по вашему?

Вот еще вам видео подкину

А это видео уже станка, контролеры самодельные, серводвигатели самодельные и к тому же еще и шпиндель тоже самодельный из головки видика.

http://video.rutube....f58a58c5bdbf198

А делать серводвигатель из дорогого шагового, вообще не пойму.

Тут как раз обратное, экономия на двигателях и контролерах для них, после последнего взлета курса доллара.

Сейчас получается, дешевле как раз сервы. По крайней мере у меня так. Не знаю как у вас.

Нужно будет еще, тему по самодельным шпинделям открыть. Они тоже дорогими стали.

Но можно выход найти. Что и успешно делают.

А это видео уже станка, контролеры самодельные, серводвигатели самодельные и к тому же еще и шпиндель тоже самодельный из головки видика.

 

http://video.rutube....f58a58c5bdbf198

 

А делать серводвигатель из дорогого шагового, вообще не пойму.

Тут как раз обратное, экономия на двигателях и контролерах для них, после последнего взлета курса доллара.

 

Сейчас получается, дешевле как раз сервы. По крайней мере у меня так. Не знаю как у вас.

 

Нужно будет еще, тему по самодельным шпинделям открыть. Они тоже дорогими стали.

Но можно выход найти. Что и успешно делают.

Что то до 120 ватт и энкодер на 400 рисок.