Выбор между Stepper Motors или Servo Motors

Выбор между серводвигателем и шаговым двигателем может быть довольно сложной задачей, связанной с балансировкой нескольких конструктивных факторов. Стоимость, крутящий момент, скорость, ускорение и схема привода — все это играет роль в выборе наилучшего двигателя для вашего приложения.

Основные различия между шаговым и серводвигателем

Шаговые и серводвигатели различаются по двум основным причинам: по своей базовой конструкции и способам управления. Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, магнитных пар северного и южного полюсов, генерируемых постоянным магнитом или электрическим током, обычно от 50 до 100 полюсов. Для сравнения, серводвигатели имеют очень мало полюсов, часто всего от 4 до 12. Каждый полюс предлагает естественную точку остановки для вала двигателя. Большее количество полюсов позволяет шаговому двигателю перемещаться точно и точно между каждым полюсом и позволяет управлять шаговым двигателем без обратной связи по положению для многих применений. Серводвигателям часто требуется датчик положения, чтобы отслеживать положение вала двигателя, особенно если требуются точные перемещения.

Привести шаговый двигатель в точное положение намного проще, чем управлять серводвигателем. При использовании шагового двигателя один импульс привода будет перемещать вал двигателя на один шаг от одного полюса к другому. Поскольку размер шага данного двигателя фиксирован при определенном количестве оборотов, перемещение в точное положение — это просто вопрос посылки нужного количества импульсов. Напротив, серводвигатели считывают разницу между текущим положением энкодера и положением, которому они были заданы, и корректируют ток, необходимый для перемещения в правильное положение. С современной цифровой электроникой, шаговые двигатели намного проще в управлении, чем серводвигатели.

Преимущества Stepper

По сравнению с серводвигателями, шаговые двигатели имеют ряд преимуществ перед большим числом полюсов и более простым управлением привода. Конструкция шагового двигателя обеспечивает постоянный удерживающий момент без необходимости питания двигателя. Крутящий момент шагового двигателя на низких скоростях больше, чем у серводвигателя того же размера. Одним из самых больших преимуществ шаговых двигателей является их относительно низкая стоимость и доступность.

Преимущества серво

Для применений, где требуется высокая скорость и высокий крутящий момент, серводвигатели сияют. Шаговые двигатели развивают скорость до 2000 об / мин, а серводвигатели доступны во много раз быстрее. Серводвигатели также поддерживают свой крутящий момент на высокой скорости, до 90% от номинального крутящего момента доступно от сервопривода на высокой скорости. Серводвигатели также более эффективны, чем шаговые, с КПД от 80 до 90%. Серводвигатель может выдавать примерно вдвое больший номинальный крутящий момент в течение коротких периодов, обеспечивая при этом достаточную мощность для извлечения при необходимости. Кроме того, серводвигатели работают бесшумно, доступны в приводах переменного и постоянного тока, не вибрируют и не страдают от проблем с резонансом.

Степпер Ограничения

Несмотря на все свои преимущества, шаговые двигатели имеют ряд ограничений, которые могут вызвать значительные проблемы с реализацией и эксплуатацией в зависимости от вашего приложения. Шаговые двигатели не имеют резервной мощности. Фактически, шаговые двигатели теряют значительную часть своего крутящего момента, приближаясь к своей максимальной скорости привода. Типичной является потеря 80% от номинального крутящего момента при 90% максимальной скорости. Шаговые двигатели также не так хороши, как серводвигатели для ускорения нагрузки. Попытка ускорить нагрузку слишком быстро, когда шаговый двигатель не может генерировать достаточный крутящий момент для перехода к следующему шагу до того, как следующий импульс привода приведет к пропущенному шагу и потере положения. Если точность позиционирования важна, либо нагрузка на двигатель никогда не должна превышать его крутящий момент, либо шаговый двигатель должен быть объединен с датчиком положения для обеспечения точности позиционирования. Шаговые двигатели также страдают от вибрации и резонанса. На определенных скоростях, частично в зависимости от динамики нагрузки, шаговый двигатель может войти в резонанс и не сможет управлять нагрузкой.

Это приводит к пропущенным шагам, остановленным двигателям, чрезмерной вибрации и шуму.

Ограничения серво

Серводвигатели способны выдавать больше энергии, чем шаговые, но для точного позиционирования требуются гораздо более сложные схемы привода и обратная связь по положению. Серводвигатели также намного дороже, чем шаговые, и их зачастую сложнее найти. Серводвигатели часто требуют коробки передач, особенно для работы на более низких скоростях. Требование к коробке передач и датчику положения усложняет конструкцию серводвигателя и повышает требования к обслуживанию системы. В довершение всего, серводвигатели стоят дороже, чем шаговые, прежде чем увеличивать стоимость датчика положения.

Резюме

Выбор наиболее подходящего двигателя для вашего применения зависит от нескольких ключевых критериев проектирования вашей системы, включая стоимость, требования к точности позиционирования, требования к крутящему моменту, доступную мощность привода и требования к ускорению. В целом, серводвигатели лучше всего подходят для высокоскоростных применений с высоким крутящим моментом, в то время как шаговые двигатели лучше подходят для применений с меньшим ускорением и высоким крутящим моментом.

Ссылка на основную публикацию