Delucidazioni su motori Stepper e azionamenti.

[Sandro Calligaro]

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Un sistema sensorless se ne accorge se il carico fa spostare l'asse di un "microstep" ?

No. In sensorless, con questi motori saresti costretto ad usare il "microstepping" a velocità bassa o nulla, per poi stimare la posizione e la velocità quando è sufficientemente alta (come si fa con le tecniche sensorless più semplici anche nei brushless).

 

[JumpMan]

Gli stepper non li ho mai usati perchè non mi piacevano, e continuano a non piacermi, spero di riuscire a cambiare idea e che tutto funzioni come deve...

 

[Sandro Calligaro]

Per alcune cose possono anche essere meglio dei brushless, come sempre non esiste la soluzione universale...

 

Qualche anno fa ho letto un esempio in proposito: il posizionamento di telecamere di sorveglianza.

Con un sistema in anello chiuso si rischia di avere delle piccole oscillazioni attorno al punto desiderato, cosa che non succede per gli stepper (specie se pilotati a passo intero).

 

Considera anche che la densità di coppia di uno stepper è difficile da ottenere con un altro tipo di motore: l'alto numero di coppie polari corrisponde in pratica all'effetto di un "riduttore", dal punto di vista magnetico-elettrico.

 

Per il resto, anche a me piace lavorare sui motori "veri", ma gli stepper offrono degli spunti interessanti.

Sono abbastanza convinto (ma non ne ho la prova) del fatto che quel tipo di macchina abbia un buon potenziale, se solo qualcuno si decidesse ad innovarla un po', cercando di renderla più "liscia" (cioè simile al brushless), pur conservando la densità di coppia data dall'alto numero di coppie polari e l'economicità data dall'impiego di un solo magnete di rotore.

 

Uno dei problemi nello studio di uno stepper è che la struttura magnetica è tridimensionale, cioè il flusso parte in direzione assiale e viene "deviato" in direzione radiale.

Questo non permette, in linea di principio, di fare simulazioni in 2D, come si fa con la maggior parte delle macchine elettriche rotanti.

 

[Livio Orsini]

9 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

Per il resto, anche a me piace lavorare sui motori "veri", ma gli stepper offrono degli spunti interessanti.

 

Se osserviamo prodotti di largo consumo come le stampanti usano tutte motori steppers per eseguire posizionamenti, posizionamenti che sono estremamente precisi, vista la di emsione della goggia di inchiosto e, soprattutto, che un seppur lieve disallineamento è subito notato.

 

Anche le stampanti 3D son tutte azionate da steppers.

 

Io cerdo che, scegliendo l'applicazione giusta, questi motori possano dare delle ottime prestazioni.

[pigroplc]

Per piccole potenze gli stepper sono imbattibili in termini di prezzo e affidabilità.

Ci sono poi controllori come Simotion che possono gestire posizionamenti in anello chiuso con stepper ed encoder. 
Penso si possa fare anche con la nuova serie 1200-1500 ma non ne ho conferma.

 

[Livio Orsini]

17 minuti fa, pigroplc scrisse:

Ci sono poi controllori come Simotion che possono gestire posizionamenti in anello chiuso con stepper ed encoder

 

Usare uno stepper in anello chiuso mi sembra una contraddizione, si perde il bonus dello stepper; a questo punto meglio un piccolo serco con brushless trapezoidale. I costi sono simili, anzi considerando l'aggiunta dell'enecoder allo stepper mi sa che la soluzione servo è anche più economica.

[Sandro Calligaro]

3 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Usare uno stepper in anello chiuso mi sembra una contraddizione, si perde il bonus dello stepper; a questo punto meglio un piccolo serco con brushless trapezoidale.

I costi di un brushless sono molto diversi da quelli di uno stepper di pari coppia (anche 5:1), e la densità di coppia che si raggiunge con uno stepper è difficile da ottenere con un brushless, come dicevo nei post precedenti.

Non per niente CMZ produce da parecchi anni drive per stepper con sensore.

Ovviamente lo stepper non ha la stessa "precisione" nell'erogazione della coppia, in pratica il ripple di coppia è molto alto (ci sarebbe da studiare anche su questo).

 

Il costo del sensore, poi, dipende molto dal tipo.

A seconda delle applicazioni, e calibrando il sensore se necessario, si possono utilizzare sensori molto economici.

Per chi vuole approfondire alcuni aspetti riguardo allo stepper, mi sono ricordato che è accessibile questo documento.

[Livio Orsini]

2 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

costi di un brushless sono molto diversi da quelli di uno stepper di pari coppia (anche 5:1),

 

Non so oggi, ma ancora qualche anno fa feci una comparazione per degli stratificatori, 15 macchine identiche.

Un servo Mitsubhishi, azionamento completo: drive, motore ed trasduttore da circa 250W (cito a memoria) aveva un costo inferiore allequivalente azionamento stepper; inoltre la compattezza era migliore nel caso del servo. Il drive occupava il volume di poco più di un pacchetto di sigarette, il motore con sensore incorporato occupava il volume di uno stepper. Inoltre il pacchetto veniva fornito completo di cavi e connettori. Il pilotaggio era diretto da un PLC di fascia bassa, sempre MItsubishi. Conteggiando tutto la convenienza dell'azionamento servo era indiscutibile.

Può anche essere che i costi fossero influenzati dagli sconti che avevo con Mitsubishi e che non avevo con gli azionamenti stepper, però non penso che si potesse ribaltar la convenienza

 

RIpeto non sono aggiornato sui prezzi odierni, può essere che i motori e drive stepper siano diminuiti drasticamente di costo, ma una decina di anni fa il costo era leggermente vantaggioso per la soluzione servo, con prestazioni decisamente migliori.

[JumpMan]

Stasera ho collegato tutto volante su un pannello provvisorio e ho fatto mezz'oretta di prove.

Confermo che settando i dip switch della scheda RTA, a parità di impulsi che escono dal PLC il motore varia il numero di giri, quindi aumenta la risoluzione.

Per contro, con risoluzione più alta si abbassa proporzionalmente anche la velocità massima del motore, se il plc emette un treno di impulsi con frequenza molto alta il motore "rogna" e si rifiuta di partire.

Con la risoluzione al minimo (400 step/giro) il motore fa un baccano infernale alle basse velocità, la velocità massima ottenibile sembra essere di soli 450 RPM. 

Ho messo 800 step/giro, la velocità massima sembra essere limitata a 225RPM e quando gira piano è comunque abbastanza ruvido e molto rumoroso.

 

Riepilogando va piano e fa baccano.

Continua a non piacermi

 

 

[Sandro Calligaro]

Il problema della velocità massima me lo immaginavo legato alla tensione di alimentazione del drive, che è molto bassa rispetto a quella nominale del motore (valore di picco). In ogni caso, nel tuo primo post chiedevi come scegliere la tensione di alimentazione, direi la più alta possibile, se ti serve arrivare alla velocità più alta possibile.

 

Il fatto che il limite dipenda dalla risoluzione mi fa pensare che ci sia qualcos'altro sotto, tipo il PLC che non genera gli impulsi nel modo giusto oppure il drive che li gestisce male.

 

La rumorosità diminuisce, quando passi da 400 a 800 step/giro?
Tra l'altro è molto strano che il minimo sia 400 step/giro, visto che la stragrande maggioranza degli stepper ne hanno 200 (perché mai obbligare a lavorare a mezzo passo?).

Potresti per favore postare un link al manuale/datasheet del drive?

 

PS: qual è la velocità nominale (o la curva di pull-in e pull-out) del motore?

[JumpMan]

Oggi ho abbandonato le prove per fare altro...

Mi ero dimenticato di scrivere che non ho ancora l'alimentazione ottimale, per ora lo alimento con uno stabilizzato da 24Vd anche se credo non cambi la velocità aumentando la tensione.

Il manuale della scheda è questo http://www.metalwork.it/download/manual/37D1332000_NDC_GB_0510.pdf

Il Plc genera correttamente gli impulsi, li ho portati anche su un ingresso di conteggio e tutto coincide, gli impulsi letti sono esattamente quelli emessi.

A pagina 4 del manuale c'è una tabella con le risoluzioni ma sinceramente non l'ho capita molto bene, ho solo provato a muovere gli switch e ho visto che il motore cambiava velocità, e con lo stesso treno di 1000 impulsi cambiava il numero di rivoluzioni.

Mi sto scontrando con un altro problema, il plc non genera le rampe ma emette il treno di impulsi ad una frequenza fissa, per avere le rampe dovrei aggiungere una scheda.

[Sandro Calligaro]

1 ora fa, JumpMan scrisse:

anche se credo non cambi la velocità aumentando la tensione.

Non è che cambi la velocità in sé, il fatto è che la coppia che riesci a generare ad alta velocità (=frequenza) con tensione insufficiente è troppo bassa.

 

Scusa l'ingnoranza... Che blocchi sono coinvolti nella generazione degli impulsi nel PLC?

 

Dal manuale (che è molto scarno!) sembra che ci sia la possibilità di far generare al drive delle rampe di avviamento e fermata, ma in quel caso, se ho capito bene, non si può specificare il numero di passi...

[JumpMan]

20 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

Scusa l'ingnoranza... Che blocchi sono coinvolti nella generazione degli impulsi nel PLC?

Il PLC è un VIPA paragonabile a un Siemens 314 con funzioni di posizionamento.

Io non uso il posizionamento ma l'uscita a treno di impulsi + direzione tramite un FB che mi ha fornito la VIPA.

In questo FB è possibile impostare la frequenza e il numero di impulsi per un posizionamento relativo, poi ha anche ingressi Jog e altre cosette ma non gestisce le rampe purtroppo.

Il motore risponde bene fino a 4kHz, oltre non vuol sapere di partire e ho il sospetto che sia dovuto sì alla tensione di alimentazione bassa ma anche alla partenza senza rampa, anche se devo dire che ha una gran bella coppia da fermo.

Se dovessi fare un semplice posizionatore il sistema funzionerebbe benissimo, ci mette quasi 10" a spostarsi di 500mm, è preciso e ripetitivo anche senza encoder, ma io quel movimento lo devo fare in 1" non in 10 , praticamente dovrei arrivare a 40kHz.

Per pilotare meglio dovrei acquistare una scheda apposita che può generare le rampe e ha anche le uscite RS422 a 5V, (ora le sto pilotando con uscite a 24V tramite una resistenza calcolata per avere circa 7V visto che il range ammesso è da 3.5V a 13V).

Sono veramente dubbioso, non vorrei far fare un trasformatore apposta e poi non risolvere niente.

C'è qualcuno che ha usato questa scheda RTA ?

 

[Livio Orsini]

12 ore fa, JumpMan scrisse:

Se dovessi fare un semplice posizionatore il sistema funzionerebbe benissimo, ci mette quasi 10" a spostarsi di 500mm, è preciso e ripetitivo anche senza encoder, ma io quel movimento lo devo fare in 1" non in 10 , praticamente dovrei arrivare a 40kHz.

 

Non è solo questione di velocità ma di coppia.

L'inerzia è costante, se aumenti l'accelerazione devi avere coppia sufficiente. lavorando a metà tensione gia il tuo motore non da la coppia che potrebbe.

Se diminuisci di 10 volte il tempo totale di spsotamento l'accelerazione, e quindi la coppia necessaria, è di molto maggiore (se vuoi puoi dedicarti al calcolo secondo le normali eqauzioni del moto uniformemente accelerato supponeno di avere un profilo di velocità a triangolo).

Ma prima di scegliere il motore a nessuno è venuto in mente di calcolare quanta coppia sarebbe stata necessaria?

[JumpMan]

Livio, ancora non 'è attaccato niente, solo la vite e una piastra da 50 grammi, mi aspetterei che riuscisse ad andare fino agli RPM nominali anche con l'alimentazione al minimo (il range di alimentazioni è da 24V a 75V).

Quando avrò tutto montato ci saranno almeno 20 kg in più da spostare!!!

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Ma prima di scegliere il motore a nessuno è venuto in mente di calcolare quanta coppia sarebbe stata necessaria?

Secondo me no. Gli hanno venduto i pezzi e basta.

 

[Mirko Ceronti]

Dunque....... tanto per parafrasare il grande Enzo Tortora........dove eravamo rimasti ? 


 

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Gli stepper non li ho mai usati perchè non mi piacevano, e continuano a non piacermi, spero di riuscire a cambiare idea e che tutto funzioni come deve..

Oh..... io li adoravo, mi permisero nel lontano 1986 di realizzare un disco orario che cambiava ora da solo, con un unipolare a 4 fasi, da 1,8 deg by step di una stampante ad aghi dismessa.
E da lì..... fu AMORE.
Ah.... Ti sei messo in un bel "Viet-Nam" Giampiero 
Intanto 125 Vac mi pare un dato un po' anomalo.
Ho lavorato coi passo passo nel tessile per 26 anni, riparavo perfino gli azionamenti della "Oriental Motor" di cui (a quei tempi) fornivano gli schemi, e dei quali ne riporto 1 qua sotto.
Se notate in basso a sinistra (lo schema è un po' rovinato) costui era un azionamento alimentato a 100 Vac, che moltiplicati per 1,41, davano circa 140 volt DC sul bus.
Poi, andavano a pilotare dei motori da 5 volt dc per avvolgimento.
Come ? 
In corrente appunto. 
Per cui in un motore a passo, non ha un gran senso parlare di tensione di avvolgimento come avviene per gli asincroni o per quelli DC, se non per indicare quella massima di isolamento, onde evitare appunto, che ci sia un eccesso tale da sprigionare una dispersione tra avvolgimenti, o tra avvolgimento e massa.
Per il resto, una volta impostata la corrente idonea, il motore, si attinge i Volt opportuni di cui necessita.
Per intenderci, io ho visto motori a passo frombolare a velocità celestiali (12.000 R.P.M. e non sto scherzando) MA...... mano a mano che aumentavano i giri, aumentava in automatico la tensione ai capi degli avvolgimenti, per tenere conto dell'inconveniente dato dal rapporto "Tao = L / R".
Se alzi il clock di pilotaggio, e non alzi i volt, il motore ad un certo punto perde il passo, si ferma e poi fischia.
Solo un generatore di corrente costante, può eseguire questa manovra, e deve poter attingere da una fonte che i Volt però..... CE LI HA !!!

Altrimenti sei fermo.
Quindi se aumentando i giri, si vuol mantenere la coppia, bisogna aumentare anche i volt.
Altrimenti succederà che CR > CM ed il motore non regge il brodo, e si ferma.
Ora, il giochino della corrente costante, deve fartelo l'azionamento, ma Tu devi fargli un alimentatore che abbia alle spalle i Volt per santificare la performance di cui abbisogni.
Chiaro che se devi far andare un girarrosto, se lo alimenti a 60 Volt o anche a soli 12 volt, non cambia nulla, poichè per quelle velocità non occorrono tensioni alte.
Ma se devi far girare (paradossalmente) un ventilatore, beh..... le cose cambiano.  
Ho in mano un vecchio catalogo MAE, di motori tipo HY, nelle tabelle, dichiara di tutto, tranne che i volt di avvolgimento.
A volte si trovano indicati direttamente sulle etichette della culatta, altre volte no.
Trovi invece la corrente di fase, l'azionamento qui sotto, pilotava un HY 200 4270 710A8; da 7,1 Ampere per fase
Saluti
Mirko

 

[Livio Orsini]

Che bel regalo di Natale: Mirko è tornato a scrivere sul forum!

 

Hai scritto un messaggio bello lungo che poi leggerò con calma, per ora solo 2 righe per esprimere la mia gioia.

[Livio Migliaresi]

1 ora fa, Livio Orsini scrisse:

Che bel regalo di Natale: Mirko è tornato a scrivere sul forum!

 

Un regalo gradito non solo per noi, ma per tutti gli amici che di Lui hanno chiesto!

 

[hfdax]

BENTORNATO MIRKO!!!!!!

 

[JumpMan]

Ciao Mirko, mi fa piacere che tu sia tornato !!! 

Anch'io voglio leggere con calma il tuo post...

[Livio Orsini]

Mirko vedo che nonostante i due anni circa di assenza le tue esperienze non le hai dimenticate, anzi son sempre li belle e pronte per essere consultate.

L'esposizione è sempre chiara e molto pratica, secondo il tuo stile.

Complimenti.

[Mirko Ceronti]

Però così non vale ragazzi, mi fate commuovere ..... accidenti.    
E comunque G R A Z I E, di cuore, spero vivamente di poter a piccole dosi, ridecollare su queste piste.

Eh caro Livio, in realtà ho una ruggine che sfiora l'imbarazzante, ma credimi..... farò comunque di tutto per non darlo a vedere 

 

[Livio Orsini]

Certe cose non si dimenticano, a volte si fa un po' di fatica a ritrovare le informazioni sepolte nella memoria ma, poi una volta ripreso il ritmo, tornan facili.

Non disperare Mirko, passo dopo passo se ne percorre di strada...

[Mirko Ceronti]

 Grazie Livio 

 

 

[Sandro Calligaro]

3 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Non disperare Mirko, passo dopo passo se ne percorre di strada...

Questo è il thread giusto, sui passo-passo. 

 

Confermo che la tensione insufficiente è l'indiziato numero 1, anche se il motore potrebbe non avere la coppia necessaria punto e basta, questo purtroppo non lo sappiamo.

 

Se posso permettermi, il problema è legato pricipalmente alla tensione indotta dal magnete di rotore, più che all'induttana, ma il risultato è lo stesso: la tensione necessaria cresce proporzionalmente alla velocità.

 

23 ore fa, Mirko Ceronti scrisse:

ho visto motori a passo frombolare a velocità celestiali (12.000 R.P.M. e non sto scherzando)

12.000 rpm!! Per quale applicazione?

Sia ben chiaro che ti credo, ma sono veramente curioso!

Stento ad immaginare il controllo di corrente, in quel caso, a meno di non avere switching a frequenze molto alte.

In un tipico stepper da 200 passi/giro, la frequenza elettrica a 12.000 giri è 

12.000/60 * 50 = 10 kHz

Per fare controllo di corrente occorre lo switching ad almeno 50-60 kHz, ed un micro abbastanza veloce.

Noi, con frequenza di switching a 10 kHz, ci siamo fermati a meno di 2000 giri, se non ricordo male