Итак, вы определились, что для вашей системы нужен шаговый двигатель. Теперь пришло время решить, 2-фазный или 5-фазный. Кто сможет дать ответ? Благодаря тому, что японская компания ORIENTAL MOTOR производит как двухфазные (с шагом 1,8° / 0,9°), так и 5-фазные (с шагом 0,72° / 0,36°) шаговые двигатели и драйверы для них, их многосторонний опыт дает нам уникальную возможность провести сравнение функций, чтобы прояснить разницу между двухфазными и пятифазными двигателями. Мы остановимся на их сходстве и различии по таким параметрам как: разрешение, вибрация, крутящий момент, точность и синхронность.
2-фазный, 5-фазный, в чем разница?
Есть два основных различия в конструкции между 2-фазными и 5-фазными шаговыми двигателями. Первое - механическое: число полюсов статора. В 2-фазном двигателе статор состоит из 8 магнитных полюсов с маленькими зубцами, а 5-фазный двигатель - из 10 полюсов. Каждый полюс статора снабжен обмоткой и отсюда следует второе различие между 2-фазными и 5-фазными двигателями - электрическое, и оно заключается в количестве фаз.
Двухфазный двигатель имеет две фазы: фазу А и фазу В, а 5-фазный двигатель имеет пять фаз: A, B, C, D и E. А это значит, что переключения фаз в двигателях происходит в различных комбинациях, что влияет на их параметры.
Как эти различия влияют на производительность?
Существует несколько способов управления шаговым двигателем, и используемый драйвер сильно влияет на производительность двигателя. Однофазный режим, полношаговый, полушаговый и микрошаговый являются наиболее распространенными методами управления, и каждый из них обеспечивает различные значения характеристик. Однако независимо от метода управления, для 2-фазных и 5-фазных шаговых двигателей существуют различия в основных параметрах.
Разрешение
За исключением указанных отличий 5-фазный шаговый двигатель конструктивно практически не отличается от 2-фазного двигателя. Ротор в обоих моторах имеет 50 зубьев. Разница заключается в том, что, поскольку 5-фазный двигатель имеет 10 полюсов, по 2 на фазу, ротор должен двигаться только на 1/10 шага зуба, чтобы соответствовать следующей фазе. В двухфазном двигателе ротор должен двигаться на 1/4 шага зуба, чтобы соответствовать следующей фазе (8 полюсов, 4 на фазу). Это приводит к тому, что 2-фазный двигатель при каждом обороте совершает 200 шагов, по 1,8° на шаг, в то время как 5-фазный - 500 шагов, по 0,72° на шаг. Повышенная разрешающая способность 5-фазного двигателя - это следствие его конструкции. В сочетании с микрошаговым режимом управления 5-фазный двигатель может совершать шаги всего 0,00288°, однако точность и повторяемость положения ротора будут зависеть от механической точности двигателя.
Механическая точность двухфазного и пятифазного двигателя составляет ± 3 угловых минуты (0,05°).
Вибрация
Из-за меньшего угла шага в 5-фазных шаговых двигателях (0,72° против 1,8° в 2-фазном двигателе) вибрация в 5-фазном двигателе значительно меньше, чем в 2-фазном. На графике показана вибрация, создаваемая 5-фазным двигателем, в сравнении с вибрацией, создаваемой 2-фазным шаговым двигателем.
Как вы можете видеть, двухфазный двигатель производит гораздо большие вибрации. Эти графики были созданы путем присоединения генератора к валу двигателя. Когда двигатель вибрировал, генератор выдавал напряжение, пропорциональное величине вибрации.
Крутящий момент
Хотя между величиной выходного крутящего момента 2-фазного шагового двигателя и 5-фазного шагового двигателя нет почти никакой разницы, моментная характеристика 5-фазного двигателя имеет более гладкую форму. Это связано прежде всего с количеством пульсаций крутящего момента, создаваемых обоими двигателями.
В полушаговом и микрошаговом режимах 5-фазный шаговый двигатель фактически увеличивает крутящий момент до 10% из-за большего количества фаз, находящихся под напряжением. 2-фазные двигатели будут терять крутящий момент до 40% при полушаговом и микрошаговом режимах, однако, современные 2-фазные драйверы компенсируют эти потери увеличением тока в соседних обмотках.
Каждая фаза двигателя вносит синусоидальную кривую изменения крутящего момента в общий выходной крутящий момент двигателя (показано ниже). Разница между пиком и впадиной суммарного значения называется пульсацией крутящего момента.
Пульсация крутящего момента вызывает вибрацию, поэтому чем больше эта разница, тем больше вибрация. Разница между пиком и впадиной в 2-фазном двигателе может достигать 29%, тогда как 5-фазная составляет всего около 5%. Поскольку пульсация крутящего момента непосредственно влияет на вибрацию, 5-фазный двигатель работает более плавно, чем 2-фазный.
Точность / Повторяемость
На точность поворота вала влияют электрические и механические параметры. Электрическая ошибка обычно вызвана несбалансированностью фаз. Например, сопротивление обмотки двигателя имеет допустимое отклонение ± 10%, поэтому возможна ситуация, что хотя двигатель рассчитан на 10 Вт, одна фаза может выдавать 9,2 Вт, а другая - 10,6 Вт. Эта разница между фазами приведет к тому, что ротор будет больше повёрнут одной фазе, чем к другой.
Существует несколько компонентов механической ошибки, основной из которых является конфигурация зуба. Несмотря на то, что зубья на двигателе должны иметь прямоугольное сечение, неидеальность технологического процесса их нарезки может привести к закруглению некоторых зубьев или их частей. Из-за этого вместо того, чтобы магнитный поток протекал по прямым линиям от статора к ротору, он может протекать по изогнутым траекториям, изменяя при этом электромагнитную силу притяжения на этом зубе.
При использовании полношагового режима 2-фазный двигатель повторяет состояния на каждом 4-м шаге, а в 5-фазном двигателе состояния повторяются на каждом 10-м шаге. Поэтому электрическая ошибка, вызванная дисбалансом в фазах, обнуляется каждый 4-й шаг в 2-фазном и каждый 10-й шаг в 5-фазном двигателе.
А совершив целый оборот, тот же зуб окажется в исходной начальной точке, что устранит и механическую ошибку. Поскольку двухфазный двигатель совершает 200 шагов за оборот, его ошибки обнуляются (для конкретного положения) каждые 200 шагов, в то время как в 5-фазных двигателях через каждые 500 шагов.
Синхронность и потеря контроля положения
Поскольку 5-фазный шаговый двигатель перемещается только на 0,72° за шаг, для 5-фазного двигателя практически невозможно пропустить шаг из-за перерегулирования / недостаточного переключения.
Двигатель теряет синхронность или пропускает шаг, если зубья на роторе не совпадают с правильными зубцами на статоре. По какой причине зубья могут не выровняться должным образом? Это может случиться, если ротор проскочил мимо правильного зубца статора, либо не переместился достаточно далеко, чтобы выровняться с правильным зубцом статора на величину более чем на 3,6°. Почему именно 3,6°? Потому что расстояние между зубцами ротора составляет 7,2° (360°/50), а правильный зубец должен находиться менее чем на половине расстояния между зубьями статора для выравнивания (7,2° между зубьями ротора, разделенное на 2, дает 3,6°). Поэтому, когда ротор отклоняется от правильного зубца статора более чем на 3,6° вперёд, либо назад, следующий либо предыдущий зуб выровняется на своем месте, что заставит двигатель сделать лишний шаг или остаться на месте.
2-фазный двигатель имеет шаг 1,8°, который сопоставим с критическим углом 3,6°, и поэтому при некоторых условиях может происходить пропуск шага (из-за большой нагрузки при старте или при высокой скорости движения) или перескок на лишний шаг (при быстром торможении движения). 5-фазный двигатель имеешт шаг 0,72°, что значительно меньше критического угла, благодаря чему вероятность пропуска шага или перескока значительно снижается. При работе 5-фазного двигателя потеря контроля положения практически исключается.
Выводы
В зависимости от конкретного применения, вас вполне может устроить и 2-фазный шаговый двигатель. Однако если вам требуется более высокое разрешение, быстрый разгон и торможение, низкая вибрация и минимальная вероятность потери шага, то вам стоит остановить свой выбор на 5-фазном шаговом двигателе. Для применений, требующих высокую точность, низкие шум и вибрацию он будет лучшим выбором.
Если вы хотите подробнее ознакомиться с 2-фазными и 5-фазными шаговыми двигателями Oriental Motor, заходите на страничку Шаговые двигатели нашего сайта. Также вы можете скачать каталог 5-фазных шаговых двигателей по этой ссылке: Скачать каталог 5-фазные ШД Oriental Motor.
Информацию о ценах, наличии и технических параметрах шаговых двигателей Oriental Motor запрашивайте у специалистов компании Giden Electronics по телефону +7 (495) 225-54-52 или по почте, которую вы можете найти на главной странице сайта Giden Electronics.
Применение продукции Kinco в водоочистном оборудовании
Одним из наших клиентов является Ярославский завод промышленного водоочистного оборудования «Экосервис» (ЯЗПВО «Экосервис»).
ЯЗПВО «Экосервис» вот уже более 14 лет выполняет проектирование, изготовление, строительство, настройку и запуск локальных очистных сооружений. Клиентами компании являются более 150 предприятий Российской Федерации и стран СНГ, среди них можно выделить ОАО «Газпром», РАО ЕЭС, компания «Лукойл», ОАО «РЖД» и многие-многие другие.
Руководством компании была поставлена задача модернизировать морально устаревшие релейно-контакторные системы управления флотаторами серии ФДП на более современные и компактные, использующие микропроцессорные средства управления.
Исходя из поставленной задачи, нашими специалистами был подобран комплект оборудования, содержащий программируемый логический контроллер Kinco K506-24AR и панель оператора Kinco MT4414TE, частично разработаны алгоритмы управления, мнемосхемы, а также электрические схемы оборудования.
Система управления позволяет производить запуск установок в ручном и автоматическом режимах работы. Предусмотрены необходимые блокировки, а также мониторинг аварийных состояний с архивацией данных для последующего анализа.
При ручном режиме работы оператор может запустить и остановить все компоненты флотатора в отдельности. Как правило, такой режим используется для настройки и отладки системы.
Автоматический режим работы не требует вмешательства оператора в процесс управления. Все используемое на установке оборудование запускается в строго определенной последовательности при выполнении определенных условий, таких как, например, достижение заранее заданных уровней и другие. Кроме того, в установке предусмотрена функция автоматического ввода резервного оборудования, которая, по прошествии заранее определенного времени, автоматически запускает резервные насосы и останавливает основные с целью равномерности износа.
Для примера ниже приведены основные мнемосхемы системы управления флотатором ФДП-30.
Рис.1. Мнемосхема функциональных блоков флотатора ФДП-30
Рис. 2. Мнемосхема рабочего режима флотатора ФДП-30
Специалисты ЯЗПВО «Экосервис» продолжают тесное сотрудничество со специалистами нашей компании с целью увеличения функционала и улучшения потребительских свойств производимого ими оборудования.
Тестовый проект для панели Kinco
В промышленных панелях фирмы Kinco скрыто много возможностей. Здесь можно рисовать графики, настраивать и отслеживать передачу данных, создавать и редактировать таблицы и отчёты, скидывать их на SD-карту или USB- накопитель и многое другое.
Чтобы помочь нашим клиентам разобраться в том, на что способны панели Kinco, мы предлагаем вам демонстрационный проект, в котором задействованы все их функции.
Скачать программу KincoHMIware для программирования панели
Скачать тестовый проект Lesson_2
Задача:
Показать большую часть функциональных возможностей панели оператора Kinco.
Комплект оборудования:
- Панель оператора Kinco, например, Kinco MT4414T.
- Кабель для программирования Kinco MT5000-USB.
- Источник питания, например, Giden S-60-24.
Описание оборудования:
- Панель оператора – панель оператора от Kinco может быть любой, поскольку ранее созданный проект легко подстраивается под конкретный тип панели.
- Кабель для программирования – программировать панели можно по интерфейсу RS232, USB, а также Ethernet (при наличии данного разъема у панели). В большинстве случаев Kinco рекомендует использовать кабель USB, поскольку загрузка и отладка программы с использованием данного интерфейса проще и быстрее.
- Источник питания – источник питания должен выдавать напряжение в диапазоне 12~28 В (нужно проверить по конкретной модели панели) – рекомендованное значение 24 В и мощностью не менее 20 Вт.
Необходимые инструкции и справки:
- Инструкция по программированию панели.
- Инструкция по подключению панели к устройствам.
Необходимое программное обеспечение: Kinco HMIWare Version 2.2.0.0 (Build 141210)
Схема подключения:
Последовательность действий:
- Подключить панель оператора к компьютеру при помощи кабеля RS232 или USB, предварительно подав на нее напряжение.
- Запустить программу Kinco HMIWare
- Загрузить демонстрационный проект
- Выбрать соответствующий проект
- Проверить тип используемой панели оператора:
- При необходимости можно поменять тип панели оператора (правая кнопка мыши на панель оператора и нажать Replace HMI Type).
- Скомпилировать проект
- Настроить параметры связи с панелью.
- Выбрать используемый интерфейс связи с панелью оператора – USB или Com.
- Закачать программу в панель оператора
- Если панели нет, а посмотреть, как она работает, хочется, то можно воспользоваться режимом эмуляции.
Вид основного экрана:
Программа:
Тестовый проект для контроллера Kinco
В качестве тестового проекта мы решили осуществить на платформе контроллера Kinco управление драйвером шагового двигателя по технологии STEP/DIR.
Скачать программу KincoBuilder для программирования контроллера
Скачать тестовый проект
Задача:
Необходимо обеспечить бесконечное вращение двигателя по технологии Step/Dir с определенной скоростью. Предусмотреть возможность реверсирования двигателя, работу на двух заданных скоростях, с возможностью дистанционного переключения, а также отображение состояний.
Комплект оборудования:
- Двигатель.
- Драйвер двигателя, например DM556.
- Контроллер, например, K50624AT
- Кнопки управления.
- Токоограничивающие резисторы номиналом 2 кОм.
Описание оборудования:
- Двигатель – двигатель в поставленной задаче может быть любым – шаговый двигатель GD, Orienatalmotor, серводвигателем Kinco и т.д. В данном примере использовался шаговый двигатель GD57STH56-2804A.
- Драйвер двигателя – драйвер двигателя тоже может быть любым, но с одним условием, он должен поддерживать технологию управления Step/Dir – драйвер шаговых двигателей Leadshine или Orientalmotor, сервопреобразователь Kinco и т.д. В данном примере использовался драйвер шагового двигателя Leadshine DM556.
- Контроллер должен иметь высокочастотные выходы. Такими контроллерами являются линейка Kinco – K504Ex, K506, K508. В данном примере использовался контроллер Kinco K506-24AT.
Необходимые инструкции и справки:
- Паспорт шагового двигателя.
- Инструкция на драйвер шагового двигателя.
- Инструкция по «железу» контроллера.
- Инструкция по программированию контроллера.
Необходимое программное обеспечение: KincoBuilderV1.5.3.0
Распределение входов/выходов:
I0.0 – сигнал «запуск в работу».
I0.1 – реверс.
I0.2 – выбор скорости.
Q0.0 – сигнал Step.
Q0.2 – сигнал Dir.
Q0.4 – сигнал перемещение завершено.
Q0.5 – сигнал ошибки перемещения.
Схема подключения: 
Последовательность действий:
- Подключить контроллер к компьютеру при помощи кабеля RS232, предварительно подав на него напряжение.
- Запустить программу Kinco Builder
- Загрузить демонстрационный проект
- Выбрать соответствующий проект
- Проверить тип используемого контроллера – двойное нажатие на Hardware:
- При необходимости можно поменять тип контроллера
- Проверить связь компьютера с контроллером
- Запустить автоматический поиск контроллера. В случае успеха можно переходить к следующему шагу.
- Закачать программу в контроллер
- При необходимости можно воспользоваться режимом отладки
Структура программы и основные положения:
Программа состоит из трех основных разделов:
Main– главная исполняющая программа
(SBR00) Input– опрос входных сигналов
(SBR01)Output– установка выходных сигналов
Изменение скорости вращения осуществляется в Network2 программы Main. Задание осуществляется в Герцах, т.е. в количестве импульсов на выходе за секунду.
Пример реализации программы:
Этикеровочный автомат (аппликатор)
Не секрет, что одним из основных факторов, влияющих на объёмы продаж того или иного изготавливаемого продукта, является правильное оформление упаковки товара.
Этикетка — один из основных элементов оформления упаковки. Качественная этикетка сильнее привлечёт внимание покупателя, взявшего упаковку в руки. Именно на этикетке потребитель знакомится со свойствами товара и получает другую, необходимую ему, информацию о продукте, его характеристиках и свойствах.
Здесь в пример можно привести — наклейку этикеток вручную. К ней нужно привлечь большое количество людей, необходимо обеспечить их рабочими местами, необходимо подвозить продукцию, увозить для складирования, убирать быстро накапливающийся мусор от подложки, немаловажный аспект — платить всем рабочим зарплату. В среднем один рабочий за час наклеивает от 800 до 1000 этикеток, рабочее время за смену 8 часов, т.е теоретически рабочий за смену делает 6400 — 8000 упаковок. Но человек не может работать беспрерывно, ему нужно отдохнуть, в начале рабочего дня он работает быстрее, в конце медленнее и таких нюансов при ручном труде очень много, не надо забывать, что человеку свойственно болеть, а также уходить в отпуск, а производство не стоит на месте оно не может ждать, когда работник будет готов к работе. Этикетировочная машина работает с производительностью 5000 — 6000 этикеток в час, т.е. она может заменить труд нескольких человек, причем наклеит этикетку точно в определенное место с минимальной погрешностью и при этом обслуживается только одним рабочим. Да и стоимость машины окупается очень быстро, т.е. при любом производстве машину более удобно и выгодно использовать в работе.
Принцип работы автоматического аппликатора прост, наклейка этикетки происходит за счет перегиба этикетки на ноже, движущаяся тара захватывает липкий край этикетки и тащит за собой, последующая доклейка этикетки происходит в специальных узлах. Машина работает от датчиков, один датчик фиксирует поступление упаковки на конвейер, другой датчик, сход этикетки
Использование современных высокоточных двигателей позволяет создавать экономичные, функциональные и качественные устройства для наклеивания этикеток — этикетировщики, или аппликаторы этикеток. Основная масса этикетировщиков построена на основе шаговых двигателей, так в большинстве случаев скорости и крутящего момента шагового привода более чем достаточно для достижения требуемой производительности аппликатора, а цена такого этикеровщика несравнимо ниже чем при использовании в качестве привода серводвигателя, что дает определенное конкурентное преимущество на рынке.
Перейти в катaлог шаговых двигателей
В качестве сиcтемы управления этикеровочным автоматом в основном программируемый логический контроллер(ПЛК), ввиду того что при малой серии не выгодно заниматься разработкой своей управляющей электроники или заказыать подобные разработки на стороне. Гораздо более разумным видится взять серийно выпускаемый и испытаный PLC, чем иметь проблемы с отладкой нового изделия и последующим его производством в очень малой серии.
Для ввода вывода информации, хранения рецептов и настройки аппликатора используются панели оператора, выбор которых в нынешние время довольно широк. В зависимости от производственного бюджета и конечной цены аппликатора можно использовать панели от дешевых 4-х строчных с кнопками до современных сенсорных с большой диагональю и очень широкими возможностями. В большинстве случаев в панели оператора имеют драйверы протоколов передачи данных практически всех известных производителей ПЛК.
Для регулировки натяжения ленты а также для подмотки отработанной ленты некоторые производители используют моментные моторы, которые позволяют точно регулировать момент и обеспечивать требуемое натяжение при намотке размотке.
Прейти в каталог панелей оператора
Компания Гиден электроникс предлагает всю необходимую комплектацию для производства аппликаторов, вся продукция имеется на складе в Москве. При неообходимости компания предоставляет технические консультации по продукции а также обеспечивает техническое сопровождение
