Delucidazioni su motori Stepper e azionamenti.

[JumpMan]

Salve, mi ritrovo mio malgrado con un cliente che ha voluto comperarsi un motore e un driver stepper senza interpellarmi e ora devo farlo funzionare.

Premetto che non ho mai usato questa tipologia di motori / azionamenti (di solito uso brushless) per cui vi chiedo qualche delucidazione.

 

I dati del motore sono: 125VAC / 5.6A / 1.8°

 

I dati del driver sono:

Alimentazione: da 24 a 75VDC

Inp min = 1.9A

Inp max = 6A 

La corrente è settabile da 1.9 a 6A tramite dip switch

 

Il manuale consiglia di mettere un trasformatore + raddrizzatore + condensatore per ottenere la tensione di alimentazione da 24 a 75VDC

 

Quello che non ho capito è come scegliere la tensione di alimentazione sulla base dei dati sopra riportati...

 

 

 

 

[Micco]

Stepper motor da 125 vac non ne ho mai visti sinceramente,  il driver é alimentabile da 24 a 75 vdc e in base alla alimentazione cambia la curva di coppia . Non hai il codice del motore e driver? 

[pigroplc]

Immagino siano gli azionamenti RTA.

In passato utilizzavamo fare un circuito a 60VDC con alimentatore separato. Ovviamente se hai già un alimentatore "esuberante" sul 24VDC conviene usare quel circuito.

Io ho provato sia il 60VDC che il 24VDC e a parte le correnti non ho visto grandi differenze. 
Certo è che se utilizzano uno stepper non si aspetteranno delle performance esasperate.......

 

[Livio Orsini]

14 ore fa, JumpMan scrisse:

I dati del motore sono: 125VAC / 5.6A / 1.8°

 

Se il motore è previsto per 152V nominali e lo alimenti con impulsi a 75V si perderà un bel po' di coppia.

 

31 minuti fa, pigroplc scrisse:

Certo è che se utilizzano uno stepper non si aspetteranno delle performance esasperate

 

Se si usan o drives microstepping si possono anche ottenere prestazioni comparabili a brushless trapezoidali.

 

14 ore fa, Micco scrisse:

Non hai il codice del motore e driver? 

Meglio ancora sarebbe avere i links ai manuali e datasheets.

[JumpMan]

L'azionamento è l'RTA NDC96, il manuale è qui.

Del motore non trovo info, allego una foto.

 

Quote

Certo è che se utilizzano uno stepper non si aspetteranno delle performance esasperate.

Alcuni guardano solo il lato economico, non sapendo che poi oltre alla scheda RTA serve un alimentazione non standard, poi magari serve una scheda stepper da applicare al plc esistente che magari è fuori produzione e costa quanto un azionamento brushless + il motore + i cavi...

 

Ora per far funzionare questo devo inventarmi qualcosa per l'alimentazione, aggiungere un piccolo plc che abbia l'uscita pulse+dir e una interfaccia MPI per dialogare col plc esistente...

 

 

[leleviola]

Ho matto degli applicativi notevoli con passo passo di quel tipo, è ovvio che ci si deve adeguare alle prestazioni di un passo passo,

Più che l'alimentatore deve farti fare un trasformatore ad hoc per la tensione necessaria. PLC che abbiano le uscite che ti ci vuole e hanno funzioni abbastanza complete al caso io conosco Mitsubishi in primis ma anche Siemens o Omron, dipende cosa conosci e vuoi mettere

[JumpMan]

Metto un Vipa.

Mi sono accorto solo ora che non ho allegato la foto del motore, comunque è un Sanyo Denki e ci sono scritti soli i dati che ho messo nel primo post.

 

Ma questi motori sono pilotati in corrente? Altrimenti non capisco il senso dei dip-switch sulla scheda RTA.

 

[Nicola Carlotto]

la corrente che tu sceglierai sara' quella che circolera' sugli avvolgimenti , quindi se ci attacchi un motore che assorbe 0.8 A e selezioni 1,2 A il motore si surriscaldera' in modo particolare quando lo tieni fermo ,  esiste di solito un ingresso che se lo abiliti ti riduce la corrente in % di solito 50%  lo abiliti quando sei in attesa cosi' eviti di surriscaldare .

Ciao

[Livio Orsini]

13 ore fa, JumpMan scrisse:

Ma questi motori sono pilotati in corrente? Altrimenti non capisco il senso dei dip-switch sulla scheda RTA.

 

In aggiunta a quanto scritto da Nicola Carlotto.

Se non ricordo male il drive RTA che stai usando, è previsto per lavorare in microstepping. In questo modo le prestazioni dello Stepper sono molto elevate e comparabili con quelle di un brushless cc.

Il difetto principale dello stepper che man mano che la velocità aumenta diminuisce la coppia erogata; se ben pilotato e ben usato permette di realizzare ottime prestazioni con costi ridotti.

[JumpMan]

Come funziona il micro-stepping?

Il mio motore è un 200 impulsi giro, l'RTA può essere settato tramite DIP a 400-500-800-1000-1600-2000-3200-4000 STEP.

 

Cosa succede p.es. se imposto i dip su 2000 step? Devo dare 2000 impulsi per far fare un giro al motore ? Ho capito bene?

[Livio Orsini]

1 ora fa, JumpMan scrisse:

Come funziona il micro-stepping?

 

Non ti preoccupare, lo fa automaticamente il drive. Tu devi solo dare il riferimento di freqeunza ed il senso di marcia.

 

Banalizzando e semplificado il concetto: con il metodo microstepping, ogni step non è formato da un un unico impulso, ma da tanti micro impulsi che assicurano che l'avvloggimento riceva sempre la corrente nominale, forzando la corrente iniziale a valori maggiori e limitandola prima che superi il valore nominale.

[JumpMan]

Quindi la risoluzione rimane sempre quella del motore?

Nel mio caso con 200 impulsi all'ingresso pulse dell'RTA faccio sempre un giro motore qualsiasi sia la impostazione dei dip microstep?

[Livio Orsini]

Per quanto ne so io si, anche perchè l'angolo di passo è una caratteristica fisica del motore.

[JumpMan]

Allora è solo un artifizio per rendere più liscio il passaggio da un passo all'altro...

[Micco]

2 ore fa, JumpMan scrisse:

Allora è solo un artifizio per rendere più liscio il passaggio da un passo all'altro...

Esatto, la risoluzione meccanica rimane fissa a 200 passi per giro (in alcuni motori 500 se son 5 fasi) ma modificando quella elettronica (microstep) si vanno a migliorare le performance in termini di vibrazione e fluidità di movimento, per quel che so visto che ogni tanto mi capita di usarli

[Livio Orsini]

14 ore fa, JumpMan scrisse:

Allora è solo un artifizio per rendere più liscio il passaggio da un passo all'altro...

 

Non proprio, il pilotaggio in microstepping permette di massimizzare la coppia resa dal motore, questa è al ragione principale di questo tipo di pilotaggio.

In pratica anche l'impulso di corrente di ogni passo è quasi quadro.

[Sandro Calligaro]

Mi permetto di dissentire: con il microstepping si aumenta la risoluzione del posizionamento, ma non la precisione (che invece è legata al numero di passi/giro magnetici).

 

Quote

Devo dare 2000 impulsi per far fare un giro al motore ?

Penso proprio di sì (avrebbe un senso che fosse così), anche se bisognerebbe guardare il manuale.

 

Ci sono motori stepper a tensione "alta" (come ad es. 125 Vac), ad esempio quelli della MAE.

In ogni caso, come nei brushless (= Surface Mount-PMSM), anche negli stepper la tensione dipende principalmente dalla velocità (siccome la tensione indotta dal magnete permanente è prevalente, per lo meno a velocità alte).

Nel tuo caso non conosciamo la velocità nominale...

 

Il pilotaggio dello stepper ad onde quadre di tensione (di ampiezza fissa e frequenza variabile), molto diffuso, è la cosa più banale, mentre nel tuo caso, evidentemente, si fa controllo di corrente sinusoidale.

 

Il modello di un tipico stepper, in prima approssimazione, è quello di un brushless (SM-PMSM) bifase, con 50 coppie polari.

In un SM-PMSM, se controllato in corrente, l'asse magnetico del rotore (asse d) tende ad allinearsi con il vettore di corrente (a carico nullo).

Se la corrente è tale da generare, potenzialmente, una coppia superiore a quella di carico (cioè corrente·costante_di_coppia > coppia_di_carico), il rotore si posiziona entro ±90° elettrici rispetto alla direzione del vettore di corrente.

Nello stepper succede esattamente lo stesso: il rotore tende ad allinearsi verso la direzione del vettore di corrente, entro 1/4 di angolo giro elettrico, ossia entro 1/4 di 1/coppie_polari che, nella maggior parte dei casi corrisponde a 1/200 di giro meccanico.

 

Quindi, per fare un esempio, se in uno stepper alimento la fase A con corrente positiva, magneticamente starò generando una forza magneto-motrice lungo l'asse alpha, ossia a 0° elettrici. Il rotore, a carico nullo, tenderà ad allinearsi con quella direzione. Dove si posizionerà a carico dipende dal carico stesso (precisione).

Il passo (intero) successivo si ottiene alimentando con corrente positiva la fase B, cioè con un vettore di corrente lungo l'asse beta (90° elettrici). Il rotore si muoverà di 90° elettrici rispetto a prima, cioè di 1/4 di giro elettrico e quindi 1/200 di giro meccanico (con 50 coppie polari).

 

Riguardo al microstepping...

La sequenza di alimentazione tipica di uno stepper (a passo intero) è la squadratura di due sinusoidi, cioè il loro "sample&hold" ogni 90 gradi.

Se si normalizza rispetto all'ampiezza della corrente, infatti, è

A= +1 , B = 0

A= 0   , B = +1

A= -1  , B = 0

A= 0   , B = -1

Con il microstepping non si fa altro che campionare più finemente le sinusoidi, quindi si può imporre un angolo con risoluzione più fine.

A volte, per semplicità, viene fatto con le tensioni invece che con le correnti, immaginando che il motore lavori sempre a velocità molto basse o fermo. In quelle condizioni si vede solo l'effetto resistivo delle fasi, perciò la corrente è in fase con la tensione.

 

[Livio Orsini]

8 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

con il microstepping si aumenta la risoluzione del posizionamento,

 

Scusa Sandro, puoi chiarire cosa intendi per risoluzione?

 

Per me la risoluzione di una misura è il quanto minimo che è possibile discernere.

Nel caso di uno stepper è sempre e comunque un passo o, se il motore lo ammette, il mezzo passo. Nel caso degli steppers la rpecisione coincide con la risoluzione se lo stepper non perde i passi.

[Micco]

A questo punto sono confuso, dal basso della mia esperienza  sapevo che la precisione di posizionamento è data dalla risoluzione del motore indipendentemente dalla risoluzione impostata nel driver, ovvero se il motore ha una risoluzione di 200 impulsi/giro corrisponde a +/- 1.8° ........

Boh

 

 

[Livio Orsini]

2 minuti fa, Micco scrisse:

sapevo che la precisione di posizionamento è data dalla risoluzione del motore indipendentemente dalla risoluzione impostata nel driver,

 

La tua cognizione è corretta.

La risoluzione del motore è data dal numero di passi per rivoluzione. Se hai 1.8° gradi per passo un rivoluzione consta di 200 impulsi.

 

Differente è la divisione del passo in micropassi (microstepping).

Nel pilotaggio tradizionale ad ogni passo corrisponde un impulso, nel pilotaggio in microstepping ad ogni passo corrispondono più impulsi di tensione, sempre per dirla in modo semplificato.

Per l'utente questo è trasparente.

Il prodittore del drive fissa un certo numero di micropassi per passo; può essere risoluzion fissa o selezionabile tra un certo numero di configurazioni.

Ad esempio il costruttore del drive può permettere di selezionare il microstepping tra un minimo di 4 ed un massimo di 16 impulsi per per passo.

[JumpMan]

Può essere che queste sofisticazioni alla fine fanno perdere il passo? Immagino che il motore non possa stare fermo tra un passo fisico e l'altro e che i microstep vengano "generati" solo nel passaggio da un passo al successivo, ovvero se do un impulso in ingresso al drive il motore invece di fare un passo unico di 1.8° fa p.es. dieci passetti da 0.18°, scusate il linguaggio terra-terra.

[Sandro Calligaro]

Quote

Immagino che il motore non possa stare fermo tra un passo fisico e l'altro 

Non è così, uno stepper di buona qualità, se pilotato in microstepping, a vuoto si posiziona molto vicino alla direzione "comandata", anche se questa è intermedia rispetto ai passi interi.

In fondo, il pilotaggio a mezzo passo non è altro che il più semplice tipo di microstepping...

 

Cercando di rispondere a Livio...

Visto quello che ho appena scritto, dovrebbe essere abbastanza chiaro che la risoluzione, in microstepping, è più alta (sulla definizione concordo con te).

Non è facile definire il minino spostamento dell'angolo del vettore di corrente che causa uno spostamento del rotore, ma è certo che questa quantità è ben più piccola del passo intero.

La precisione, invece, dipende sia da tolleranze costruttive, sia dal carico, perciò in pratica in non aumenta col microstepping (a meno di non considerare solo valori di carico bassi).

 

Direi che la probabilità di perdere il passo, in microstepping, è la stessa se non inferiore rispetto al pilotaggio a passo intero.

La questione, però, non è per niente semplice, in quanto la perdita del passo dipende dalla coppia resistente, dall'accelerazione imposta e dal comportamento del carico (inerzia-elasticità), che può portare in risonanza il sistema (cosa che succede, credo, con più probabilità nel pilotaggio a passo intero che nel microstepping, visto che il contenuto armonico della coppia prodotta è molto maggiore nel primo caso).

 

Aggiungo, come ho già detto altre volte, che lo stepper si può pilotare in vettoriale, come un tipico brushless (più o meno), con encoder o in sensorless (a velocità medio-alta, nel secondo caso).

Addirittura uno stepper bifase può essere pilotato con un inverter trifase.

Ci sono alcune centinaia di macchine etichettatrici in giro per il mondo, che usano questo tipo di controllo.

[JumpMan]

Un sistema sensorless se ne accorge se il carico fa spostare l'asse di un "microstep" ? O potrei avere nel tempo scostamenti rilevanti della posizione?

Chiedo perchè per questioni meccaniche e "monetarie" non posso aggiungere l'encoder, pensavo di azzerare la quota ogni volta che l'asse rientra nel finecorsa negativo. La precisione non è importante in questa applicazione ma la perdita ripetuta nel tempo di passi porterebbe ad errori inacettabili.

[Livio Orsini]

1 ora fa, JumpMan scrisse:

pensavo di azzerare la quota ogni volta che l'asse rientra nel finecorsa negativo.

 

Questo dovrebbe garantire dall'accumulo di errore.

Il passo, come ha scritto Sandro Calligaro, è difficile che venga perso; solo se si richiede allo stepper prestazioni al disopra delle sue caratteristiche può perdere il passo. Se stai nei margini di velocità accelerazione e coppia resistente non perdi il passo.

[Livio Orsini]

9 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

 

Cercando di rispondere a Livio...

 

Io gli steppers li conosco solo dal lato applicativo e per me la risoluzione è data dal passo o dal semipasso, quando è possibile usare questo tipo di comando.

A dirla tutta non li amo molto, soprattutto perchè preferisco sempre i posizionamenti ad anello chiuso, dove la posizione la posso misurare realmente.

Per me il microstepping è solo un modo per pilotare meglio lo stepper.

Tu invece conosci macchina elettrica e drive nei dettagli, quindi mi interessava capire il perchè della tua affermazione.

Ora mi è tutto più chiaro.

Sempre pronto ad impare qualche cosa che non conosco.