wersja mobilna
Online: 723 Sobota, 2016.10.01

Raporty

Silniki skokowe i enkodery – raport rynkowo-techniczny

środa, 23 kwietnia 2008 02:00

Raport zawiera omówienie rynku i technologii wybranych produktów na rynku automatyki. W tym miesiącu podzielony został on na dwie części, które dotyczą odpowiednio silników skokowych oraz enkoderów. Powodem objęcia tych dwóch grup podzespołów jednym opracowaniem jest fakt, że występują one w wielu aplikacjach wspólnie i często dostarczane są przez tych samych dostawców działających na krajowym rynku automatyki.

Spis treści » Część 1 - Silniki skokowe
» Niewielu dostewców, wielu klientów
» Część 2 -Enkodery
» Czego szukają klienci
» Pokaż wszystko
Część 1 - Silniki skokowe

Silniki i napędy są podstawowymi elementami urządzeń technologicznych oraz maszyn i systemów produkcyjnych. W tej obszernej grupie szczególną rolę pełnią silniki skokowe, które, oprócz automatyki, trafiają również do innych branż, takich jak motoryzacyjna, elektroniki konsumenckiej czy produktów dla wojska. W pierwszej części raportu przyglądamy się zmianom zachodzącym w technologii silników skokowych oraz krajowemu rynkowi tych podzespołów.

Zapewnienie odpowiedniego napędu i pozycjonowanie elementów wykonawczych jest nieodzownym elementem wielu procesów technologicznych. Regulowanie prędkości obrotowych w dużym zakresie ich wartości oraz możliwość wykonywania ruchów obrotowych o ściśle określony kąt to również zagadnienia często występujące w technice napędowej.

W takich przypadkach stosowane mogą być silniki skokowe (popularnie nazywane krokowymi), które trafiają do różnego rodzaju maszyn i urządzeń przemyśle oraz automatyzacji budynków. Mogą one być elementami zaworów automatycznych, manipulatorów, robotów i różnorodnych linii technologicznych.

Ich zastosowanie obejmuje również branżę OEM i sięga poza przemysł – m.in. do sektorów urządzeń konsumenckich i komputerowych. W Polsce obszary rynku obsługiwane przez dostawców silników skokowych są nieco inne niż te na świecie, co szczegółowo omówione zostało w kolejnych rozdziałach raportu.

Czym są silniki skokowe?
Rys. 1. Obszary najczęstszego wykorzystania silników skokowych przez klientów firm biorących udział w raporcie (źródło: ankieta redakcji APA)

Wśród silników prądu stałego wyróżnić można kilka grup maszyn, w tym komutatorowe, bezszczotkowe (z elektronicznym komutatorem) oraz skokowe i liniowe. Dwa pierwsze typy cechują się dużymi prędkościami obrotowymi i dużymi momentami obrotowymi. Niemniej do kontroli ich bieżącej pozycji konieczne jest zastosowanie układu z enkoderem lub innym elementem zapewniającym sprzężenie zwrotne.

Silniki skokowe to określenie grupy silników elektrycznych, gdzie impulsowe zasilanie prądem pozwala na wykonywanie ruchu obrotowego rotora z określoną prędkością i o ścisły kąt. Wykonywany może też być dyskretny ruch liniowy w przypadku grupy liniowych silników skokowych.

Cechą odróżniającą omawiane silniki od innych maszyn elektrycznych jest skokowe wirowanie wektora pola magnetycznego. Wartości kąta obrotu i prędkości zależą, oprócz liczby impulsów, w dużym stopniu od budowy silnika – podobnie też jak maksymalna szybkość obrotowa oraz moment obrotowy i trzymający (czyli moment przy zerowej prędkości obrotowej silnika zasilanego znamionowo).

Cechą najbardziej odróżniającą silniki skokowe od komutowanych elektronicznie silników prądu stałego jest możliwość zatrzymania ruchu obrotowego i pozostanie osi w spoczynku z pełnym momentem obrotowym. Do działania silników skokowych wymagane jest stosowanie odpowiedniego układu sterowania, który generuje odpowiednie impulsy powodujące dyskretny ruch obrotowy rotora. W szczególności prędkość obrotowa zależy od częstotliwości impulsów, a jej kierunek od kolejności impulsów podawanych na jego uzwojeń.

Skokowe czy krokowe?

Często stosowanym określeniem omawianych silników są silniki krokowe. Choć to potoczne określenie jest zrozumiałe przez wszystkich inżynierów, poprawnym sformułowaniem jest słowo skokowe. Potwierdzają to m.in. normy PN-87/E-01006: Maszyny elektryczne. Elementy automatyki. Terminologia oraz PN-E-06836: Maszyny elektryczne wirujące.

Maszyny do sterowania. Silniki skokowe. Określenie takie użyte zostało również w normie branżowej BN-81/3016-10. Maszyny elektryczne. Elementy automatyki. Silniki skokowe. Wymagania i badania. Możliwe jest, że jednym z powodów przyjęcia się sformułowania krokowy może być występowanie określenie step motor, które używane jest w języku angielskim.

Podobna nieścisłość związana jest z nomenklaturą urządzeń wykorzystywanych do dostarczania odpowiednich impulsów do silników skokowych. Zazwyczaj określane są one mianem sterowników, co jest, nawet w przypadku zaawansowanych urządzeń mikroprocesorowych, określeniem poprawnym, ale w pewnym stopniu na wyrost. Urządzenia te pełnią w istocie funkcję przełączającą, komutacyjną, dlatego w pełni uzasadnionym ich określeniem jest słowo komutator.

W gąszczu technologii
Rys. 2. Najważniejsze dla klientów firm biorących udział w raporcie cechy silników skokowych podczas decyzji o ich zakupie (źródło: ankieta redakcji APA)

Biorąc pod uwagę budowę silników skokowych wyróżnić można ich trzy główne rodzaje, które znaleźć również można w ofercie krajowych dostawców tych podzespołów. Najprostsze pod względem budowy są silniki o zmiennej reluktancji (Variable Reluctance), w przypadku których rotor wykonany jest ze stali miękkiej magnetycznie, a na stojanie silnika znajdują się uzwojenia przez które płynie prąd powodujący powstawanie pola magnetycznego.

Ruch obrotowy powstaje w momencie przyciągania zębów rotora przez bieguny stojana. Tego typu silniki sprawdzają się głównie w aplikacjach, gdzie nie jest wymagana duża wartość momentu obrotowego, a więc zazwyczaj innych niż przemysłowe.

Silniki drugiego typu, którymi są maszyny z magnesem stałym (Permanent Magnet), są równie popularne na rynku, czego powodem jest ich niska cena. W tym przypadku rotor nie ma zębów i jest walcem, który namagnesowany jest naprzemiennie wzdłuż osi obrotu.

Pozwala to w rezultacie na uzyskanie większych momentów napędowych oraz do kilkudziesięciu kroków na obrót. W ofercie dostawców krajowych znaleźć można wreszcie silniki hybrydowe, gdzie wykorzystywane są stojany z wieloma biegunami oraz odpowiednio namagnesowany rotor.

Połączenie to pozwala na uzyskanie dużej liczby kroków na obrót i osiąganie większych momentów obrotowych niż w przypadku wcześniej omawianych wersji, co czyni silniki te uprzywilejowanymi w przemyśle.

Witold Ober - Wobit

Pomimo specyfiki rynku napędów małej mocy, uważam, że branża ta jest perspektywiczna. Jej wartość rośnie, a część sektora jest jeszcze w pewnym sensie ukryta, gdyż wielu konstruktorów urządzeń przewymiarowuje swoje projekty.

Korzystają oni z napędów o większych mocach czy serwomechanizmów, które są znacznie droższe i niepotrzebne w wielu aplikacjach, jako że to samo zadanie można zrealizować prostym silnikiem skokowym lub klasycznym DC. Dotyczy to bardzo wielu branż i dziedzin, w których spotykane są tego typu zagadnienia projektowe.

 

Biorąc pod uwagę liczbę segmentów wyróżnia się silniki jedno- i wielosegmentowe, różniące się maksymalną liczbą skoków na jeden obrót. Od liczby segmentów zależą też inne właściwości silnika, w tym jego moment obrotowy. Dodatkowo silniki rozróżnić można dwu-, trój- i pięciofazowe oraz, pod względem liczby uzwojeń na fazę, na unipolarne i bipolarne. Parametry te oraz sposób sterowania silnikiem (patrz ramka) powinny być brane pod uwagę podczas tworzenia aplikacji z silnikami skokowymi.

Warto dodać, że oprócz opisanych wcześniej silników skokowych obrotowych, na rynku dostępne są również silniki skokowe liniowe. Tutaj element mechaniczny porusza się nad poziomo umieszczony stojanem, który wytwarza pole magnetyczne. Silniki tego typu sprawdzają się w aplikacjach, gdzie konieczna jest praca z niewielkimi obciążeniami i stosunkowo dużymi zmianami prędkości, a jednocześnie nie jest konieczna ścisła koordynacja między osiami ruchu.

Przykładem są aplikacje CNC, urządzenia produkcji precyzyjnej, sprzęt medyczny czy niewielkie maszyny i linie produkcyjne. Produkty tego typu oferują również dostawcy krajowi (patrz tabela 2a), chociaż popyt na nie, biorąc pod uwagę ogólną sprzedaż na rynku napędów liniowych, jest stosunkowo niewielki.

Dlaczego silniki skokowe?

Do zalet silników skokowych należy możliwość sterowania kątem obrotu poprzez podawanie odpowiednich impulsów wejściowych i praca z pełnym momentem obrotowym w stanie spoczynku. Pozwala to na wykonywanie obrotów o określony kąt w maszynach, urządzeniach pozycjonujących i innych aplikacjach.

Do zalet tego typu silników należy również możliwość szybkiego rozbiegu, zmiany kierunku ruchu i hamowania oraz możliwość pracy w pętli otwartej. Brak wymogu co do konieczności zapewnienia sprzężenia zwrotnego, co realizuje się w innych aplikacjach np. enkoderem, uprasza konstrukcję układów sterujących i samej jednostki napędowej. Ponieważ silniki skokowe są maszynami bezszczotkowymi, ich czas pracy zależy w praktyce od żywotności łożysk.

Silniki skokowe umożliwiają uzyskiwanie szerokiego zakresu prędkości obrotowych, w tym bardzo małych oraz zatrzymania. Występuje natomiast ograniczenie od strony dużych wartości prędkości, dlatego w przypadku których lepsze może być wykorzystanie innego rodzaju silników. Do ich wad należą również stosunkowo niewielkie moce i momenty obrotowe, dlatego w wielu aplikacjach popularniejsze są m.in. serwosilniki.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Ręczny miernik wilgotności drewna i materiałów budowlanych

2016-09-30   |
Ręczny miernik wilgotności drewna i materiałów budowlanych

Firma Gardco wprowadziła do oferty ręczny miernik wilgotności drewna i materiałów budowlanych, takich jak płyty ścienne, masa szpachlowa, karton, beton czy tynk. Jest to przyrząd łatwy w obsłudze, sygnalizujący wynik pomiaru (Low/Medium/High) na wbudowanym wyświetlaczu oraz dodatkowo generujący sygnał dźwiękowy, którego ton zmienia się wraz ze zmianą poziomu wilgoci.
czytaj więcej

Komputery panelowe z certyfikatem EN50155 dla taboru kolejowego

2016-09-30   |
Komputery panelowe z certyfikatem EN50155 dla taboru kolejowego

Oferta komputerów panelowych firmy Ibase Technology, przeznaczonych dla taboru kolejowego powiększyła się o dwa nowe modele z certyfikatem EN50155: Bytem-123-PC i Bytem-103-PC. Są to komputery o chłodzeniu pasywnym, zapewniające bezgłośną pracę w szerokim zakresie temperatur otoczenia.
czytaj więcej

Nowy numer APA