Выбор между сервомотором и шаговым двигателем может быть довольно сложной задачей, связанной с балансировкой нескольких конструктивных факторов. Соотношение затрат, крутящий момент, скорость, ускорение и схемы привода играют определенную роль в выборе лучшего двигателя для вашего приложения.
Основные различия между шаговыми и сервомоторами
Шаговые и сервомоторы отличаются двумя ключевыми способами, в их базовой конструкции и тем, как они контролируются. Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, магнитных пар северного и южного полюсов, генерируемых либо постоянным магнитом, либо электрическим током, обычно от 50 до 100 полюсов. Для сравнения, сервомоторы имеют очень мало полюсов, часто от 4 до 12. Каждый полюс обеспечивает естественную точку остановки вала двигателя. Большее количество полюсов позволяет шаговому двигателю точно и точно перемещаться между каждым полюсом и позволяет управлять шаговым двигателем без какой-либо обратной связи по положению для многих применений. Сервомоторы часто требуют, чтобы датчик положения отслеживал положение вала двигателя, особенно если требуется точное перемещение.
Вождение шагового двигателя в точном положении намного проще, чем управление серводвигателем. С шаговым двигателем один импульс привода будет перемещать вал двигателя на один шаг от одного полюса к другому. Так как размер шага данного двигателя фиксируется при определенном количестве вращения, переход в точное положение - это просто вопрос отправки правильного количества импульсов. В отличие от сервомоторов, прочитайте разницу между текущей позицией датчика и положением, в котором они были приведены, и только током, необходимым для перехода в правильное положение. С современной цифровой электроникой шаговые двигатели намного легче контролировать, чем сервомоторы.
Преимущества Stepper
Шаговые двигатели имеют несколько преимуществ перед сервомоторами за пределами большего числа полюсов и более легкого управления приводом. Конструкция шагового двигателя обеспечивает постоянный вращающий момент без необходимости включения 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 сервопривода
Для применений, где требуется высокая скорость и высокий крутящий момент, сервомоторы сияют. Шаговые двигатели достигают скорости 2000 об / мин, а сервомоторы доступны во много раз быстрее. Сервомоторы также поддерживают свой крутящий момент на высокой скорости, до 90% от номинального крутящего момента можно получить на сервоприводе с высокой скоростью. Сервомоторы также более эффективны, чем шаговые двигатели с КПД 80-90%. Сервомотор может подавать примерно вдвое больше номинального крутящего момента в течение коротких периодов времени, обеспечивая достаточную пропускную способность при необходимости. Кроме того, сервомоторы являются бесшумными, доступными в приводе переменного и постоянного тока, и не вибрируют или не подвергаются резонансным проблемам.
Ограничения шага
При всех своих преимуществах шаговые двигатели имеют несколько ограничений, которые могут вызвать значительные проблемы с реализацией и эксплуатацией в зависимости от вашего приложения. Шаговые двигатели не имеют резервной мощности. На самом деле, шаговые двигатели теряют значительную часть своего крутящего момента, когда они приближаются к максимальной скорости вращения. Типична потеря 80% номинального крутящего момента при 90% максимальной скорости. Шаговые двигатели также не так хороши, как сервомоторы в ускорении нагрузки. Попытка ускорить загрузку слишком быстро, когда шагомер не может создать достаточный крутящий момент, чтобы перейти к следующему шагу, прежде чем следующий импульс привода приведет к пропущенному шагу и потере позиции. Если точность позиционирования является существенной, либо нагрузка на двигатель никогда не должна превышать ее крутящий момент, либо шагомер должен быть объединен с датчиком положения для обеспечения позиционной точности. Шаговые двигатели также страдают от вибрационных и резонансных проблем. При определенных скоростях, частично зависящих от динамики нагрузки, шаговый двигатель может входить в резонанс и неспособен управлять нагрузкой.
Это приводит к пропущенным шагам, заторможенным моторам, чрезмерной вибрации и шуму.
Ограничения на сервоприводы
Сервомоторы способны обеспечить большую мощность, чем шаговые двигатели, но требуют более сложной схемы привода и позиционной обратной связи для точного позиционирования. Сервомоторы также намного дороже, чем шаговые двигатели, и их часто трудно найти. Сервомоторы часто требуют редукторов, особенно для более низкой скорости работы. Требования к коробке передач и датчику положения делают конструкции серводвигателей более механически сложными и увеличивают требования к обслуживанию системы. В довершение всего, сервомоторы стоят дороже, чем шаговые двигатели, прежде чем добавлять стоимость кодера положения.
Резюме
Выбор лучшего двигателя для вашего приложения зависит от нескольких ключевых критериев проектирования для вашей системы, включая стоимость, требования к точности положения, требования к крутящему моменту, доступность мощности привода и требования к ускорению. В целом, серводвигатели лучше всего подходят для высокоскоростных приложений с высоким крутящим моментом, в то время как шаговые двигатели лучше подходят для более низких ускорений и приложений с высоким удерживающим моментом.
