Žingsniniai varikliaiyra diskretūs judesio įtaisai, turintys mažą kainos pranašumą, palyginti su servo varikliais, yra įtaisai, kurie konvertuoja mechaninę ir elektrinę energiją. Variklis, kuris mechaninę energiją paverčia elektros energija, vadinamas „generatoriumi“; variklis, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija, vadinamas „varikliu“. Žingsniniai varikliai ir servo varikliai yra judesio valdymo gaminiai, kurie gali tiksliai nustatyti automatizavimo įrangos judėjimą ir jos judėjimo būdą, ir daugiausia naudojami automatizavimo įrangos gamyboje.
Yra trys žingsninių variklių rotorių tipai: reaktyvusis (VR tipo), nuolatinis magnetas (PM tipo) ir hibridinis (HB tipo). 1) Reaktyvusis (VR tipo): krumpliaratis su rotoriaus dantimis. 2) Nuolatinis magnetas (PM tipo): rotorius su nuolatiniu magnetu. 3) Hibridinis (HB tipo): krumpliaratis su nuolatiniu magnetu ir rotoriaus dantimis. Žingsniniai varikliai klasifikuojami pagal statoriaus apvijas: yra dvifaziai, trifaziai ir penkiafaziai nuoseklūs. Varikliai su dviem statoriais vadinami dvifaziais varikliais, o su penkiais statoriais – penkiafaziais varikliais. Kuo daugiau fazių ir dūžių turi žingsninis variklis, tuo jis tikslesnis.
HB varikliai gali pasiekti labai tikslų mažų laipsniškų žingsnelių judesį, o PM varikliams paprastai nereikia didelio valdymo tikslumo.HB varikliaigali pasiekti sudėtingus, tikslius linijinio judesio valdymo reikalavimus. PM varikliai pasižymi santykinai mažu sukimo momentu ir tūriu, paprastai nereikalauja didelio valdymo tikslumo ir yra ekonomiškesni. Pramonės šakos: tekstilės mašinos, maisto pakavimas. Kalbant apie gamybos procesą ir variklio valdymo tikslumą,HB žingsniniai varikliaiyra aukštesnės klasės nei PM žingsniniai varikliai.
Žingsniniai varikliai ir servovarikliai yra judesio valdymo gaminiai, tačiau skiriasi savo našumu. Žingsninis variklis yra diskretus judesio įtaisas, kuris gauna komandą ir vykdo žingsnį. Žingsniniai varikliai konvertuoja įvesties impulso signalą į kampinį poslinkį. Kai žingsninio variklio tvarkyklė gauna impulso signalą, ji varo žingsninį variklį, kad jis suktųsi fiksuotu kampu nustatyta kryptimi. Servovariklis yra servo sistema, kurioje elektriniai signalai paverčiami sukimo momentu ir greičiu, kad būtų galima valdyti valdymo objektą, kuris gali valdyti greitį ir padėties tikslumą.
✓ Žingsniniai varikliai ir servo varikliai gana skiriasi žemo dažnio charakteristikomis, momento dažnio charakteristikomis ir perkrovos pajėgumu.
Valdymo tikslumas: kuo daugiau žingsninių variklių fazių ir eilių, tuo didesnis tikslumas; kintamosios srovės servovariklių valdymo tikslumą garantuoja rotacinis kodavimo įrenginys, esantis variklio veleno gale, kuo daugiau kodavimo įrenginių skalių, tuo didesnis tikslumas.
✓ Žemo dažnio charakteristikos: žingsniniai varikliai yra linkę į žemo dažnio vibraciją esant mažam greičiui. Šis žemo dažnio vibracijos reiškinys, kurį lemia žingsninių variklių veikimo principas, kenkia normaliam mašinos veikimui, todėl paprastai naudojama slopinimo technologija, siekiant įveikti žemo dažnio vibraciją; kintamosios srovės servo sistemos turi rezonanso slopinimo funkciją, kuri gali padengti mašinos standumo trūkumą. Veikimas yra labai sklandus ir vibracijos neatsiranda net esant mažam greičiui.
✓ Sukimo momento ir dažnio charakteristikos: žingsninių variklių išėjimo sukimo momentas mažėja didėjant greičiui, todėl jų maksimalus darbinis greitis yra 300–600 aps./min.; servovarikliai gali išvesti vardinį sukimo momentą iki vardinio greičio (paprastai 2000–3000 aps./min.), o viršijus vardinį greitį, išėjimo galia yra pastovi.
✓ Perkrovos pajėgumas: žingsniniai varikliai neturi perkrovos pajėgumo; servo varikliai turi didelę perkrovos galimybę.
✓ Reakcijos charakteristikos: žingsniniams varikliams reikia 200–400 ms, kad įsibėgėtų nuo stovėjimo iki darbinio greičio (keli šimtai apsisukimų per minutę); kintamosios srovės servovariklis pasižymi geresniu įsibėgėjimo našumu ir gali būti naudojamas valdymo situacijose, kai reikia greito paleidimo / stabdymo. Pavyzdžiui, „Panasonic MASA 400W“ kintamosios srovės servovariklis nuo stovėjimo iki vardinio 3000 aps./min. greičio įsibėgėja vos per kelias milisekundes.
Veikimo charakteristikos: žingsniniai varikliai yra valdomi atvirosios kilpos principu ir linkę į žingsnio nuostolius arba blokavimą, kai paleidimo dažnis yra per didelis arba apkrova per didelė, ir viršyti greitį, kai stabdant greitis yra per didelis; kintamosios srovės servovariklis yra valdomas uždarosios kilpos principu, o vairuotojas gali tiesiogiai imti variklio kodavimo įrenginio grįžtamojo ryšio signalą, todėl žingsninis variklis paprastai nepraranda žingsnio arba neviršija greičio, o valdymo charakteristikos yra patikimesnės.
Kintamosios srovės servovariklis našumo požiūriu yra geresnis už žingsninį variklį, tačiau žingsninio variklio pranašumas yra žema kaina. Kintamosios srovės servovariklis pranašesnis už žingsninius variklius pagal reagavimo greitį, perkrovos atsparumą ir veikimo našumą, tačiau žingsniniai varikliai naudojami mažiau sudėtingose situacijose dėl savo kainos ir kokybės santykio pranašumo. Naudojant uždaros grandinės technologiją, uždaros grandinės žingsniniai varikliai gali užtikrinti puikų tikslumą ir efektyvumą, todėl galima pasiekti tam tikrą servovariklių našumą, tačiau taip pat turi žemos kainos pranašumą.
Žvelkite į ateitį ir numatykite besiformuojančias sritis. Žingsninių variklių taikymas patyrė struktūrinių pokyčių, tradicinė rinka pasiekė persotinimą ir atsirado naujų pramonės šakų. Įmonės valdymo varikliai ir pavaros sistemų produktai yra giliai įsitvirtinę medicinos prietaisų, aptarnavimo robotų, pramoninės automatikos, informacijos ir ryšių, saugumo ir kitose besiformuojančiose pramonės šakose, kurios sudaro gana didelę viso verslo dalį ir sparčiai auga. Žingsninių variklių paklausa yra susijusi su ekonomika, technologijomis, pramonės automatizavimo lygiu ir pačių žingsninių variklių techninio išsivystymo lygiu. Rinka pasiekė persotinimą tradicinėse pramonės šakose, tokiose kaip biuro automatizavimas, skaitmeniniai fotoaparatai ir buitiniai prietaisai, o toliau atsiranda naujų pramonės šakų, tokių kaip 3D spausdinimas, saulės energijos gamyba, medicinos įranga ir automobilių pramonė.
| Laukai | Konkrečios taikymo sritys |
| Biuro automatizavimas | Spausdintuvai, skaitytuvai, kopijavimo aparatai, daugiafunkciai įrenginiai ir kt. |
| Scenos apšvietimas | Šviesos krypties valdymas, fokusavimas, spalvų keitimas, taškinis valdymas, apšvietimo efektai ir kt. |
| Bankininkystė | Bankomatai, kupiūrų spausdinimas, banko kortelių gamyba, pinigų skaičiavimo aparatai ir kt. |
| Medicininis | KT skaitytuvas, hematologijos analizatorius, biochemijos analizatorius ir kt. |
| Pramoninis | Tekstilės mašinos, pakavimo mašinos, robotai, konvejeriai, surinkimo linijos, išdėstymo mašinos ir kt. |
| Bendravimas | Signalo kondicionavimas, mobiliosios antenos padėties nustatymas ir kt. |
| Saugumas | Judesio valdymas stebėjimo kameroms. |
| Automobiliai | Alyvos/dujų vožtuvų valdymas, lengva vairavimo sistema. |
Besiformuojanti pramonės šaka 1: 3D spausdinimas ir toliau daro proveržį mokslinių tyrimų ir plėtros technologijų srityje ir plečia taikymo sritis vartotojų grandyje, o vietinės ir tarptautinės rinkos auga maždaug 30 % tempu. 3D spausdinimas pagrįstas skaitmeniniais modeliais, sluoksniuojant medžiagas sluoksnis po sluoksnio, kad būtų sukurti fiziniai objektai. Variklis yra svarbus 3D spausdintuvo maitinimo komponentas, variklio tikslumas turi įtakos 3D spausdinimo poveikiui, paprastai 3D spausdinimas atliekamas naudojant žingsninius variklius. 2019 m. pasaulinė 3D spausdinimo pramonė siekė 12 mlrd. JAV dolerių, t. y. 30 % daugiau nei praėjusiais metais.
Besiformuojanti pramonės šaka 2: Mobilieji robotai yra valdomi kompiuteriu, atliekantys tokias funkcijas kaip judėjimas, automatinė navigacija, kelių jutiklių valdymas, tinklo sąveika ir kt. Svarbiausias praktinės gamybos panaudojimas yra tvarkymas, pasižymintis dideliu nestandartizacijos laipsniu.
Mobiliųjų robotų pavaros moduliuose naudojami žingsniniai varikliai, o pagrindinė pavaros konstrukcija surenkama iš pavaros variklių ir reduktorių (pavarų dėžių). Nors vietinė pramoninių robotų pramonė, palyginti su užsienio šalimis, prasidėjo vėlai, mobiliųjų robotų srityje ji lenkia užsienio šalis. Šiuo metu pagrindiniai mobiliųjų robotų komponentai daugiausia gaminami šalies viduje, o vietinės įmonės iš esmės pasiekė tikslumo reikalavimus visais aspektais, o užsienio konkuruojančių įmonių yra mažiau.
Kinijos mobiliųjų robotų rinkos dydis 2019 m. sieks maždaug 6,2 mlrd. JAV dolerių, t. y. 45 % daugiau nei praėjusiais metais. Tarptautinis profesionalių valymo robotų pristatymas, žymiai padidinantis valymo efektyvumą. „Antrojo roboto“ pristatymas 2018 m. seka po humanoidinio roboto pristatymo. „Antrasis robotas“ yra išmanus komercinis dulkių siurbimo robotas su keliais jutikliais, skirtais kliūtims, laiptams ir žmonių judėjimui aptikti. Jis gali veikti tris valandas vienu įkrovimu ir gali išvalyti iki 1500 kvadratinių metrų plotą. „Antrasis robotas“ gali pakeisti didžiąją dalį valymo personalo kasdienio darbo krūvio ir, be jau esamų valymo darbų, gali padidinti siurbimo ir valymo dažnumą.
Besivystanti pramonės šaka 3: Įdiegus 5G, didėja ryšio bazinių stočių antenų skaičius, taip pat didėja reikalingų variklių skaičius. Paprastai įprastoms ryšio bazinėms stotims reikia 3 antenų, 4G bazinėms stotims – 4–6 antenų, o 5G taikymams skirtų bazinių stočių ir antenų skaičius toliau didėja, nes joms reikia aprėpti tradicinį mobiliųjų telefonų ryšį ir daiktų interneto ryšio programas. Valdymo variklių gaminiai su pavarų dėžės komponentais tampa pagrindiniu bazinių stočių antenų gamyklų individualiai pritaikytu produktu. Kiekvienai ESC antenai naudojamas vienas valdymo variklis su pavarų dėže.
2019 m. 4G bazinių stočių skaičius išaugo 1,72 mln., o tikimasi, kad 5G statyba pradės naują ciklą. 2019 m. Kinijoje mobiliųjų telefonų bazinių stočių skaičius pasiekė 8,41 mln., iš kurių 5,44 mln. buvo 4G bazinės stotys, t. y. 65 %. 2019 m. naujų 4G bazinių stočių skaičius išaugo 1,72 mln. – tai didžiausias skaičius nuo 2015 m., daugiausia dėl 1) tinklo plėtros, siekiant padengti akląsias zonas kaimo vietovėse. 2) pagrindinio tinklo pajėgumai bus atnaujinti, siekiant sudaryti sąlygas 5G tinklo statybai. Kinijos 5G komercinė licencija bus išduota 2019 m. birželio mėn., o iki 2020 m. gegužės mėn. visoje šalyje bus atidaryta daugiau nei 250 000 5G bazinių stočių.
Besiformuojanti 5-oji pramonės šaka: medicinos prietaisai yra vienas iš pagrindinių žingsninių variklių taikymo scenarijų ir vienas iš segmentų, kuriame „Vic-Tech“ yra glaudžiai susijusi. Nuo metalo iki plastiko – medicinos prietaisų gamybai reikalingas didelis tikslumas. Daugelis medicinos prietaisų gamintojų naudoja servo variklius, kad atitiktų tikslumo reikalavimus, tačiau kadangi žingsniniai varikliai yra ekonomiškesni ir mažesni nei servo varikliai, o tikslumas gali atitikti kai kurių medicinos prietaisų reikalavimus, žingsniniai varikliai naudojami medicinos prietaisų gamybos pramonėje ir netgi pakeičia kai kuriuos servo variklius.
Įrašo laikas: 2023 m. gegužės 19 d.