Wybór między silnikiem serwo a silnikiem krokowym może być sporym wyzwaniem, wymagającym zrównoważenia kilku czynników konstrukcyjnych. Względy kosztów, moment obrotowy, prędkość, przyspieszenie i obwody napędowe odgrywają rolę w wyborze najlepszego silnika do danego zastosowania. Przeanalizowaliśmy ich zastosowania i mocne strony, aby pomóc Ci wybrać odpowiedni silnik do Twojego zastosowania.
Ogólne ustalenia
- 50 do 100 par magnetycznych
- Łatwiejsze sterowanie
- Większa elastyczność i precyzja
- Lepiej przy niskich prędkościach
- Cztery do 12 par magnetycznych
- Mniej przestojów
- Może wymagać enkodera obrotowego
- Lepiej przy wyższych prędkościach
Silniki krokowe i serwo różnią się na dwa zasadnicze sposoby: podstawową konstrukcją i sposobem sterowania. Oba zapewniają siłę obrotową do poruszania systemu. Steppery mają więcej kroków lub pozycji, które silnik może utrzymać.
Ogólnie silniki serwo są najlepsze do zastosowań wymagających dużej prędkości i wysokiego momentu obrotowego. Konstrukcja silnika krokowego zapewnia stały moment trzymający bez konieczności zasilania silnika. Moment obrotowy silnika krokowego przy niskich prędkościach jest większy niż silnika serwo o tym samym rozmiarze. Serwa mogą jednak osiągnąć wyższą ogólną prędkość.
Liczba kroków: Silniki krokowe oferują większą różnorodność
- Więcej par magnetycznych, co oznacza więcej kroków
- Łatwiejsze przejście do konkretnego kroku
- Mniej par magnetycznych
- Mniej łatwe dotarcie do dokładnej lokalizacji
Silniki krokowe mają zwykle od 50 do 100 par magnetycznych biegunów północnych i południowych, generowanych przez magnes trwały lub prąd elektryczny. Dla porównania serwomotory mają mniej biegunów, często łącznie od 4 do 12.
Każdy z nich oferuje naturalny punkt zatrzymania wału silnika. Większa liczba przystanków pozwala silnikowi krokowemu na dokładne i precyzyjne poruszanie się między nimi i pozwala na pracę bez sprzężenia zwrotnego położenia w wielu zastosowaniach. Serwosilniki często wymagają enkodera obrotowego, aby śledzić położenie wału silnika, zwłaszcza jeśli musi wykonywać precyzyjne ruchy.
Mechanizm jazdy: steppery są bardziej precyzyjne
-
Łatwiejszy dojazd do określonej pozycji
- Znajdź końcową pozycję na podstawie liczby kroków
- Trudniejsze do dokładnego kontrolowania
- Odczytaj końcową pozycję na podstawie regulacji prądu
Doprowadzenie silnika krokowego do dokładnej pozycji jest znacznie prostsze niż napędzanie silnika serwo. W przypadku silnika krokowego pojedynczy impuls napędowy przesunie wał silnika o jeden krok, od jednego bieguna do drugiego. Ponieważ wielkość kroku danego silnika jest ustalona na pewną liczbę obrotów, przejście do dokładnej pozycji jest kwestią wysłania odpowiedniej liczby impulsów.
W przeciwieństwie do tego, serwomotory odczytują różnicę między bieżącą pozycją enkodera a pozycją, do której otrzymał polecenie, i dostosowują prąd wymagany do przemieszczenia się do prawidłowej pozycji. Dzięki dzisiejszej elektronice cyfrowej silniki krokowe są znacznie łatwiejsze do kontrolowania niż silniki serwo.
Wydajność: serwa są lepsze przy dużych prędkościach
-
Niższe maksymalne obroty (około 2 000)
- Mniejszy moment obrotowy dostępny przy wyższych prędkościach
- Może działać ze znacznie większą prędkością
- Nie traci momentu obrotowego przy obrotach
W zastosowaniach wymagających dużej prędkości i wysokiego momentu obrotowego serwosilniki lśnią. Silniki krokowe osiągają szczytową prędkość około 2000 obr./min, podczas gdy serwosilniki są dostępne wielokrotnie szybciej. Serwosilniki również zachowują swój moment obrotowy przy dużej prędkości, do 90% znamionowego momentu obrotowego jest dostępne z serwomechanizmu przy dużej prędkości.
Serwa są bardziej wydajne niż silniki krokowe, ze sprawnością w zakresie 80-90%. Serwosilnik może przez krótki czas dostarczać około dwukrotny moment znamionowy, zapewniając w razie potrzeby dużą wydajność. Ponadto serwosilniki są ciche, dostępne w napędach AC i DC, nie wibrują ani nie mają problemów z rezonansem.
Silniki krokowe tracą znaczną część swojego momentu obrotowego, gdy zbliżają się do maksymalnej prędkości sterownika. Typowa jest utrata 80% znamionowego momentu obrotowego przy 90% maksymalnej prędkości. Silniki krokowe również nie są tak dobre jak serwomotory w przyspieszaniu obciążenia. Próba zbyt szybkiego przyspieszenia obciążenia, gdy krok nie może wygenerować wystarczającego momentu obrotowego, aby przejść do następnego kroku przed następnym impulsem napędowym, spowoduje pominięcie kroku i utratę pozycji.
Ostateczny werdykt
Wybór najlepszego silnika do zastosowania zależy od kilku kluczowych kryteriów projektowych dla Twojego systemu, w tym kosztów, wymagań dotyczących dokładności pozycjonowania, wymagań dotyczących momentu obrotowego, dostępności mocy napędowej i wymagań dotyczących przyspieszenia.
Silniki krokowe są lepiej przystosowane do zastosowań z mniejszym przyspieszeniem i wysokim momentem trzymania. Serwosilniki są w stanie dostarczyć większą moc niż silniki krokowe, ale wymagają znacznie bardziej złożonego układu napędowego i sprzężenia zwrotnego położenia w celu dokładnego pozycjonowania. Często wymagają skrzyń biegów, zwłaszcza przy pracy z mniejszą prędkością. Wymóg dotyczący przekładni i enkodera położenia sprawia, że konstrukcje serwosilników są bardziej złożone mechanicznie i zwiększają wymagania dotyczące konserwacji systemu.
Jeżeli dokładność pozycjonowania jest niezbędna, albo obciążenie silnika nigdy nie może przekraczać jego momentu obrotowego, albo stepper musi być połączony z enkoderem położenia, aby zapewnić dokładność. Silniki krokowe również mają problemy z wibracjami i rezonansem. Przy pewnych prędkościach, częściowo zależnych od dynamiki obciążenia, silnik krokowy może wejść w rezonans i nie być w stanie napędzać obciążenia. Powoduje to pomijanie kroków, zgaśnięcie silników, nadmierne wibracje i hałas.