Silniki krokoweSą to dyskretne urządzenia ruchu o niskim koszcie w porównaniu z serwosilnikami. Są to urządzenia, które przetwarzają energię mechaniczną i elektryczną. Silnik, który przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną, nazywany jest „generatorem”; silnik, który przetwarza energię elektryczną na energię mechaniczną, nazywany jest „silnikiem”. Silniki krokowe i serwosilniki to urządzenia do sterowania ruchem, które umożliwiają precyzyjną lokalizację ruchu urządzeń automatyki i sposobu jego poruszania się. Są one wykorzystywane głównie w produkcji urządzeń automatyki.
Istnieją trzy rodzaje wirnika silnika krokowego: reaktywny (typ VR), z magnesami trwałymi (typ PM) i hybrydowy (typ HB). 1) Reaktywny (typ VR): przekładnia z zębami wirnika. 2) Z magnesami trwałymi (typ PM): wirnik z magnesami trwałymi. 3) Hybrydowy (typ HB): przekładnia z zębami zarówno z magnesami trwałymi, jak i wirnikiem. Silniki krokowe klasyfikuje się według uzwojeń stojana: są dwufazowe, trójfazowe i pięciofazowe. Silniki z dwoma stojanami stają się silnikami dwufazowymi, a te z pięcioma stojanami nazywane są silnikami pięciofazowymi. Im więcej faz i taktów ma silnik krokowy, tym jest dokładniejszy.
Silniki HB mogą osiągać bardzo precyzyjne, niewielkie, przyrostowe ruchy krokowe, podczas gdy silniki PM zazwyczaj nie wymagają dużej dokładności sterowania.Silniki HBmogą spełniać złożone, precyzyjne wymagania dotyczące sterowania ruchem liniowym. Silniki PM charakteryzują się stosunkowo niewielkim momentem obrotowym i objętością, zazwyczaj nie wymagają wysokiej dokładności sterowania i są bardziej ekonomiczne. Branże: maszyny tekstylne, pakowanie żywności. Jeśli chodzi o proces produkcyjny i dokładność sterowania silnikiem,Silniki krokowe HBsą bardziej zaawansowane niż silniki krokowe PM.
Silniki krokowe i serwosilniki są urządzeniami do sterowania ruchem, ale różnią się wydajnością. Silnik krokowy to dyskretne urządzenie ruchowe, które odbiera polecenie i wykonuje krok. Silniki krokowe przetwarzają wejściowy sygnał impulsowy na przemieszczenie kątowe. Gdy sterownik silnika krokowego odbiera sygnał impulsowy, napędza silnik krokowy, aby obrócił się o ustalony kąt w ustalonym kierunku. Serwosilnik to układ serwomechanizmu, w którym sygnały elektryczne są przetwarzane na moment obrotowy i prędkość, aby napędzać obiekt sterujący, który może kontrolować prędkość i dokładność położenia.
✓ Silniki krokowe i serwosilniki różnią się znacznie pod względem charakterystyk niskiej częstotliwości, charakterystyki częstotliwości momentu obrotowego i przeciążalności:
Dokładność sterowania: im więcej faz i rzędów silników krokowych, tym wyższa dokładność. Dokładność sterowania serwosilnikami prądu przemiennego jest gwarantowana przez enkoder obrotowy znajdujący się na tylnym końcu wału silnika, im więcej skal enkodera, tym wyższa dokładność.
✓ Charakterystyka niskiej częstotliwości: silniki krokowe są podatne na zjawisko drgań o niskiej częstotliwości przy niskich prędkościach. To zjawisko drgań o niskiej częstotliwości, wynikające z zasady działania silników krokowych, negatywnie wpływa na normalną pracę maszyny i zazwyczaj wykorzystuje technologię tłumienia drgań, aby je przezwyciężyć. Serwomechanizmy prądu przemiennego posiadają funkcję tłumienia rezonansu, która kompensuje brak sztywności maszyny. Praca jest bardzo płynna, a drgania nie występują nawet przy niskich prędkościach.
✓ Charakterystyka momentu obrotowego i częstotliwości: moment wyjściowy silników krokowych maleje wraz ze wzrostem prędkości, zatem ich maksymalna prędkość robocza wynosi 300–600 obr./min; silniki serwo mogą generować moment znamionowy do prędkości znamionowej (zwykle 2000–3000 obr./min), a powyżej prędkości znamionowej oznacza to stałą moc wyjściową.
✓ Możliwość przeciążenia: silniki krokowe nie mają możliwości przeciążenia; silniki serwo mają dużą możliwość przeciążenia.
✓ Czas reakcji: silniki krokowe potrzebują 200–400 ms na przyspieszenie od stanu spoczynku do prędkości roboczej (kilkaset obrotów na minutę); serwo AC charakteryzuje się lepszą wydajnością przyspieszania i może być stosowane w sytuacjach wymagających szybkiego startu/zatrzymania. Na przykład serwo AC Panasonic MASA 400W przyspiesza od stanu spoczynku do prędkości znamionowej 3000 obr./min w zaledwie kilka milisekund.
Wydajność operacyjna: silniki krokowe są sterowane w pętli otwartej i są podatne na utratę kroku lub blokowanie, gdy częstotliwość początkowa jest zbyt wysoka lub obciążenie jest zbyt duże, a także na przeregulowanie, gdy prędkość zatrzymywania jest zbyt wysoka; serwo prądu przemiennego jest sterowane w pętli zamkniętej, a sterownik może bezpośrednio próbkować sygnał sprzężenia zwrotnego enkodera silnika, więc generalnie nie występuje utrata kroku lub przeregulowanie silnika krokowego, a wydajność sterowania jest bardziej niezawodna.
Serwomechanizmy prądu przemiennego (AC) przewyższają silniki krokowe pod względem wydajności, ale silnik krokowy ma przewagę w postaci niskiej ceny. Serwomechanizmy prądu przemiennego przewyższają silniki krokowe pod względem szybkości reakcji, przeciążalności i wydajności, ale silniki krokowe są stosowane w mniej wymagających zastosowaniach ze względu na przewagę kosztową. Dzięki zastosowaniu technologii pętli zamkniętej, silniki krokowe z pętlą zamkniętą zapewniają doskonałą dokładność i wydajność, co pozwala im osiągnąć wydajność serwomechanizmów, a jednocześnie charakteryzują się niską ceną.
Spójrz w przyszłość i określ nowe obszary. Zastosowania silników krokowych uległy zmianom strukturalnym, a tradycyjny rynek osiągnął nasycenie, a nowe branże zaczęły się pojawiać. Silniki sterujące i produkty z zakresu systemów napędowych firmy są szeroko stosowane w instrumentach medycznych, robotach usługowych, automatyce przemysłowej, systemach informatycznych i komunikacyjnych, systemach bezpieczeństwa i innych rozwijających się branżach, które stanowią stosunkowo dużą część całego biznesu i dynamicznie się rozwijają. Popyt na silniki krokowe jest związany z gospodarką, technologią, stopniem automatyzacji przemysłowej oraz poziomem rozwoju technicznego samych silników krokowych. Rynek osiągnął nasycenie w tradycyjnych branżach, takich jak automatyka biurowa, aparaty cyfrowe i sprzęt AGD, podczas gdy nowe branże, takie jak druk 3D, wytwarzanie energii słonecznej, sprzęt medyczny i zastosowania motoryzacyjne, nadal się rozwijają.
| Pola | Konkretne zastosowania |
| Automatyzacja biura | Drukarki, skanery, kopiarki, urządzenia wielofunkcyjne itp. |
| Oświetlenie sceniczne | Sterowanie kierunkiem światła, ostrością, zmianą koloru, sterowaniem punktowym, efektami świetlnymi itp. |
| Bankowy | Bankomaty, drukowanie banknotów, produkcja kart bankowych, maszyny do liczenia pieniędzy itp. |
| Medyczny | Tomograf komputerowy, analizator hematologiczny, analizator biochemiczny, itp. |
| Przemysłowy | Maszyny włókiennicze, maszyny pakujące, roboty, przenośniki, linie montażowe, maszyny układające itp. |
| Komunikacja | Kondycjonowanie sygnału, pozycjonowanie anten mobilnych itp. |
| Bezpieczeństwo | Sterowanie ruchem kamer monitorujących. |
| Automobilowy | Sterowanie zaworami olejowymi/gazowymi, układ kierowniczy świateł. |
Rozwijająca się branża 1: Druk 3D stale dokonuje przełomów w technologii badawczo-rozwojowej i poszerza scenariusze zastosowań w downstream, a rynki krajowe i międzynarodowe rosną w tempie około 30%. Druk 3D opiera się na modelach cyfrowych, warstwowym układaniu materiałów w celu tworzenia obiektów fizycznych. Silnik jest ważnym elementem zasilającym drukarkę 3D, a jego dokładność wpływa na efekt druku 3D, zazwyczaj z wykorzystaniem silników krokowych. W 2019 roku globalna wartość branży druku 3D wyniosła 12 miliardów dolarów, co oznacza wzrost o 30% rok do roku.
Rozwijający się przemysł 2: Roboty mobilne są sterowane komputerowo i wyposażone w funkcje takie jak ruch, automatyczna nawigacja, sterowanie wieloczujnikowe, interakcja sieciowa itp. Najważniejszym zastosowaniem w praktycznej produkcji jest obsługa, z dużym stopniem niestandaryzacji.
Silniki krokowe są wykorzystywane w module napędowym robotów mobilnych, a główna struktura napędowa składa się z silników napędowych i przekładni redukcyjnych. Chociaż krajowy przemysł robotyki przemysłowej rozpoczął działalność późno w porównaniu z zagranicą, wyprzedza on kraje w dziedzinie robotów mobilnych. Obecnie główne komponenty robotów mobilnych są produkowane głównie w kraju, a krajowe przedsiębiorstwa osiągnęły już praktycznie wszystkie wymagania dotyczące dokładności, a liczba zagranicznych konkurentów jest mniejsza.
Wartość chińskiego rynku robotów mobilnych wyniesie około 6,2 miliarda dolarów w 2019 roku, co oznacza wzrost o 45% rok do roku. Międzynarodowe wprowadzenie na rynek profesjonalnych robotów sprzątających, które znacząco zwiększają wydajność sprzątania. Wprowadzenie na rynek „drugiego robota” w 2018 roku nastąpiło po wprowadzeniu robota humanoidalnego. „Drugi robot” to inteligentny, komercyjny robot odkurzający z wieloma czujnikami wykrywającymi przeszkody, schody i ruch człowieka. Może pracować przez trzy godziny na jednym ładowaniu i sprzątać do 1500 metrów kwadratowych. „Drugi robot” może zastąpić większość codziennych obowiązków personelu sprzątającego i zwiększyć częstotliwość odkurzania i sprzątania, oprócz dotychczasowych prac porządkowych.
Rozwijająca się branża 3: Wraz z wprowadzeniem technologii 5G, liczba anten dla stacji bazowych rośnie, a liczba wymaganych silników również. Generalnie, dla standardowych stacji bazowych wymagane są 3 anteny, dla stacji bazowych 4G – 4-6 anten, a w przypadku aplikacji 5G liczba stacji bazowych i anten rośnie, ponieważ muszą one obsługiwać tradycyjną komunikację telefonii komórkowej i komunikację IoT. Silniki sterujące z elementami przekładni stają się coraz bardziej powszechnym, niestandardowym rozwiązaniem dla instalacji antenowych stacji bazowych. Dla każdej anteny ESC używany jest jeden silnik sterujący z przekładnią.
Liczba stacji bazowych 4G wzrosła o 1,72 miliona w 2019 roku, a budowa sieci 5G ma rozpocząć nowy cykl. W 2019 roku liczba stacji bazowych telefonii komórkowej w Chinach osiągnęła 8,41 miliona, z czego 5,44 miliona to stacje bazowe 4G, co stanowi 65%. W 2019 roku liczba nowych stacji bazowych 4G wzrosła o 1,72 miliona, najwięcej od 2015 roku, głównie ze względu na 1) rozbudowę sieci w celu pokrycia martwych punktów na obszarach wiejskich. 2) modernizację przepustowości sieci szkieletowej w celu stworzenia fundamentów pod budowę sieci 5G. Chińska licencja komercyjna na sieć 5G zostanie wydana w czerwcu 2019 roku, a do maja 2020 roku w całym kraju zostanie otwartych ponad 250 000 stacji bazowych 5G.
Rozwijający się przemysł 5: Urządzenia medyczne to jeden z głównych obszarów zastosowań silników krokowych i jeden z segmentów, w który Vic-Tech jest głęboko zaangażowany. Od metalu po tworzywa sztuczne, urządzenia medyczne wymagają wysokiego poziomu precyzji w produkcji. Wielu producentów urządzeń medycznych stosuje serwosilniki, aby spełnić wymagania dotyczące dokładności. Ponieważ jednak silniki krokowe są bardziej ekonomiczne i mniejsze niż serwomechanizmy, a ich dokładność może spełniać wymagania niektórych urządzeń medycznych, silniki krokowe są wykorzystywane w przemyśle produkcji urządzeń medycznych, a nawet zastępują niektóre serwosilniki.
Czas publikacji: 19 maja 2023 r.