Wybór pomiędzy serwomotorem i silnikiem krokowym może być sporym wyzwaniem, wymagającym zrównoważenia kilku czynników projektowych. Rozważania związane z kosztami, moment obrotowy, prędkość, przyspieszenie i układy napędowe odgrywają ważną rolę w wyborze najlepszego silnika do danej aplikacji.
Podstawowe różnice między silnikami krokowymi i serwomotorami
Silniki krokowe i serwosilniki różnią się na dwa kluczowe sposoby, zarówno pod względem ich podstawowej budowy, jak i sposobu ich kontrolowania. Silniki krokowe mają dużą liczbę biegunów, par magnetycznych biegunów północnych i południowych generowanych przez magnes stały lub prąd elektryczny, zwykle od 50 do 100 biegunów. Dla porównania serwosilniki mają bardzo niewiele biegunów, często od 4 do 12 w sumie. Każdy biegun oferuje naturalny punkt zatrzymania dla wału silnika. Większa liczba biegunów pozwala silnikowi krokowemu dokładnie i precyzyjnie poruszać się pomiędzy każdym biegunem i umożliwia pracę krokownika bez sprzężenia zwrotnego położenia dla wielu zastosowań. Serwosilniki często wymagają enkodera położenia, aby śledzić pozycję wału silnika, zwłaszcza gdy wymagane są precyzyjne ruchy.
Napęd silnika krokowego do dokładnej pozycji jest znacznie prostszy niż napęd silnika servo. W przypadku silnika krokowego pojedynczy impuls napędowy przesunie wał silnika o jeden krok, z jednego bieguna do drugiego. Ponieważ wielkość kroku danego silnika jest ustalona z pewnym obrotem, przejście do dokładnej pozycji jest po prostu kwestią wysłania odpowiedniej liczby impulsów. Natomiast serwomotory odczytują różnicę między aktualną pozycją enkodera a pozycją, do której zostały wydane, i tylko prądem wymaganym do przejścia do właściwej pozycji. Przy dzisiejszej cyfrowej elektronice silniki krokowe są łatwiejsze do kontrolowania niż serwonapędy.
Zalety Stepper
Silniki krokowe oferują wiele zalet w stosunku do serwosilników poza większą liczbą biegunów i łatwiejszą kontrolę napędu. Konstrukcja silnika krokowego zapewnia stały moment trzymania bez potrzeby napędzania silnika. Moment obrotowy silnika krokowego przy niskich prędkościach jest większy niż siłownik o tej samej wielkości. Jedną z największych zalet silników krokowych jest ich stosunkowo niski koszt i dostępność.
Zalety Servo
Do zastosowań, w których wymagana jest wysoka prędkość i wysoki moment obrotowy, serwomotory świecą. Silniki krokowe osiągają maksimum przy prędkościach 2000 obr./min, podczas gdy serwosilniki są dostępne wiele razy szybciej. Serwosilniki utrzymują również swoją wartość momentu obrotowego przy dużej prędkości, do 90% znamionowego momentu obrotowego jest dostępne z serwosilnika z dużą prędkością. Silniki serwo są również bardziej wydajne niż silniki krokowe o wydajnościach rzędu 80-90%. Serwomotor może przez krótki czas dostarczać z grubsza dwukrotność znamionowego momentu obrotowego, zapewniając w razie potrzeby zdolność do czerpania energii. Ponadto serwosilniki są ciche, dostępne w napędzie prądu przemiennego i prądu stałego i nie drgają ani nie mają problemów z rezonansem.
Ograniczenia krokowe
Ze względu na wszystkie zalety silniki krokowe mają kilka ograniczeń, które mogą powodować istotne problemy z implementacją i działaniem w zależności od aplikacji. Silniki krokowe nie mają żadnej mocy rezerwowej. W rzeczywistości silniki krokowe tracą znaczną część momentu obrotowego, gdy zbliżają się do maksymalnej prędkości kierowcy. Strata 80% znamionowego momentu obrotowego przy 90% maksymalnej prędkości jest typowa. Silniki krokowe również nie są tak dobre, jak silniki serwo w przyspieszaniu obciążenia. Próba przyspieszenia obciążenia zbyt szybko, gdy nie może wygenerować wystarczającego momentu obrotowego, aby przejść do następnego kroku przed następnym impulsem napędu, spowoduje pominięcie kroku i utratę pozycji. Jeśli dokładność położenia jest istotna, albo obciążenie silnika nie może nigdy przekroczyć momentu obrotowego, albo kroker musi być połączony z enkoderem położenia, aby zapewnić dokładność położenia. Silniki krokowe również mają problemy z wibracjami i rezonansem. Przy pewnych prędkościach, częściowo w zależności od dynamiki obciążenia, silnik krokowy może wejść w rezonans i nie być w stanie sterować obciążeniem.
Powoduje to pominięcie etapów, zatrzymanie silników, nadmierne wibracje i hałas.
Ograniczenia serwo
Silniki serwo są w stanie dostarczyć więcej mocy niż silniki krokowe, ale wymagają znacznie bardziej złożonego układu napędowego i sprzężenia pozycyjnego dla dokładnego pozycjonowania. Silniki serwo są również znacznie droższe niż silniki krokowe i często są trudniejsze do znalezienia. Serwosilniki często wymagają skrzyń biegów, szczególnie w przypadku pracy z mniejszą prędkością. Wymogi dotyczące skrzyni biegów i enkodera położenia sprawiają, że konstrukcje silników serwo są bardziej skomplikowane mechanicznie i zwiększają wymagania konserwacyjne systemu. Na dodatek serwosilniki są droższe niż silniki krokowe przed dodaniem kosztu enkodera pozycji.
streszczenie
Wybór najlepszego silnika do danej aplikacji zależy od kilku kluczowych kryteriów projektowych dla twojego systemu, w tym kosztów, wymagań dokładności położenia, wymagań momentu obrotowego, dostępności mocy napędowej i wymagań dotyczących przyspieszenia. Ogólnie rzecz biorąc, serwosilniki są najlepsze w zastosowaniach z dużą prędkością i wysokim momentem obrotowym, podczas gdy silniki krokowe są lepiej przystosowane do mniejszego przyspieszenia, zastosowań o wysokim momencie trzymania.
