Выбор лучшего источника питания для вашего шагового или серводвигателя

Приложения управления движением имеют некоторые уникальные требования по сравнению с большинством приложений; Два из них особенно уникальны: 1) у них пиковая потребность в мощности, которая обычно очень высока по сравнению со средней потребностью, и 2) двигатели часто действуют как генератор, а не как нагрузка, и перекачивают ток в источник питания, а не черпают его из него. это (восстановленная энергия или «регенерация»).

Если вам нужен источник питания постоянного тока для вашего шагового или серводвигателя, у вас есть три типа на выбор: 1) нерегулируемые линейные источники питания; 2) регулируемые импульсные источники питания с ШИМ (ИИП или ШИМ-переключатели); или 3) гибридные регулируемые источники питания с резонансным режимом.

В этой статье обсуждаются технические аспекты, уникальные для управления движением, и сравниваются три типа источников питания.

При выборе источника питания важно учитывать уникальные требования приложения управления движением. Во время ускорений моторные приводы могут быстро потреблять большое количество мощности. Кроме того, двигатели могут создавать рекуперацию и подавать ток обратно в источник питания во время замедления (т. е. они действуют как генераторы), а это означает, что источник питания должен справляться с возникающим в результате увеличением напряжения. Приложения с высокодинамичным движением (с большими инерционными нагрузками, быстрым ускорением/замедлением и высокими пиковыми скоростями) предъявляют большие и быстрые требования к току источника питания.

Существует множество других важных факторов, которые следует учитывать при выборе лучшего источника питания, которые не связаны конкретно с управлением движением. Некоторые из них особенно важны для разработчиков оборудования OEM, стремящихся минимизировать стоимость своей продукции и обеспечить надежную работу в самых разных условиях эксплуатации.

Требуемая мощность (пиковая и средняя): Насосное приложение, которое обычно работает с фиксированной или медленно меняющейся скоростью и крутящим моментом, использует пиковую мощность, достаточно близкую к средней (непрерывной) мощности. С другой стороны, машина для захвата и перемещения с большим количеством запусков и остановок при высоком ускорении имеет гораздо более высокую пиковую мощность, чем средняя потребляемая мощность. Для хорошо спроектированной системы вам необходимо учитывать пиковую и среднюю потребляемую мощность для всех осей вместе взятых (которая обычно не является просто суммой требований отдельных осей). Многоосный станок с осями, которые имеют перекрывающиеся профили движения (т. е. оси могут ускоряться одновременно), вероятно, потребует гораздо большей пиковой мощности, чем станки, у которых одновременно движется только одна ось.

Уровень выходного напряжения постоянного тока: Предполагая, что вам нужна самая низкая общая стоимость механической энергии, необходимой вашему приложению, и вы используете двигатели в диапазоне от 100 до 750 Вт (дробная мощность), оптимальная точка находится в районе 65-85 В постоянного тока. Многие люди хотят использовать источник питания на 24 В, потому что его очень легко найти или потому, что их приложению уже требуется 24 В (для датчиков и других компонентов). Многие двигатели могут работать от источника питания 24 В, так почему бы не использовать 24 В? Основная причина заключается в том, что увеличение напряжения на шине двигателя (до определенной точки) является самым дешевым способом получения большей мощности двигателя. Механическая мощность от вала двигателя на любой заданной скорости равна скорости, умноженной на крутящий момент. Максимальная скорость любого двигателя напрямую зависит от подаваемого на него напряжения. Величина крутящего момента, который вы можете получить от двигателя, пропорциональна току, который вы пропускаете через его обмотки, который, в свою очередь, также ограничивается напряжением источника питания. Таким образом, способ получить максимальную мощность от любого двигателя (скорость × крутящий момент) — это увеличить подаваемое на него напряжение. При любом заданном напряжении двигатель будет вращаться быстрее, если в катушках статора двигателя меньше витков медного провода. А с меньшим количеством витков вы можете использовать провод более толстого сечения, который будет иметь меньшее сопротивление и обеспечивать больший ток на вольт.

И наоборот, почему бы не использовать действительно высокое напряжение? Для двигателей мощностью более 1-2 лошадиных сил было бы непрактично не использовать высокое напряжение, но для двигателей малой мощности использование высокого напряжения создает ряд проблем безопасности и регулирования, которые усложняют проект и увеличивают стоимость. При использовании источника питания в диапазоне 75 В постоянного тока ток, необходимый для достижения мощности двигателя до 1–2 лошадиных сил, недостаточно высок, чтобы беспокоиться о резистивных потерях и проблемах с медным заполнением, описанных выше. А при напряжении 75 В постоянного тока довольно легко и недорого соблюсти правила электробезопасности. Возможно, вы сможете использовать напряжение ниже оптимального и при этом получить необходимую механическую мощность, но вам, вероятно, придется использовать более крупный и дорогой двигатель.