Выбор между серводвигателем и шаговым двигателем может быть довольно сложной задачей, связанной с балансировкой нескольких конструктивных факторов. Соображения стоимости, крутящий момент, скорость, ускорение и схема привода - все это играет роль при выборе наилучшего двигателя для вашего приложения. Мы рассмотрели их области применения и сильные стороны, чтобы помочь вам выбрать двигатель, подходящий для вашего применения.
Общие выводы
- от 50 до 100 магнитных пар
- Легче контролировать
- Больше гибкости и точности
- Лучше на низких скоростях
- От 4 до 12 магнитных пар
- Меньше остановок
- Может потребоваться поворотный энкодер
- Лучше на высоких скоростях
Шаговые и серводвигатели различаются по двум основным параметрам: по своей базовой конструкции и по средствам управления. Оба обеспечивают вращательную силу для перемещения системы. Шаговые двигатели имеют больше шагов или позиций, которые может удерживать двигатель.
В целом, серводвигатели лучше всего подходят для высокоскоростных приложений с высоким крутящим моментом. Конструкция шагового двигателя обеспечивает постоянный удерживающий момент без необходимости подачи питания на двигатель. Крутящий момент шагового двигателя на низких скоростях больше, чем у серводвигателя того же размера. Однако сервоприводы могут развивать более высокую общую скорость.
Количество шагов: шаговые двигатели предлагают больше разнообразия
- Больше магнитных пар, а значит больше шагов
- Легче перейти к определенному шагу
- Меньше магнитных пар
- Труднее добраться до точного места
Шаговые двигатели обычно имеют от 50 до 100 магнитных пар северного и южного полюсов, генерируемых либо постоянным магнитом, либо электрическим током. Для сравнения, серводвигатели имеют меньше полюсов, часто всего от 4 до 12.
Каждый из них предлагает естественную точку остановки вала двигателя. Большее количество остановок позволяет шаговому двигателю точно и точно перемещаться между ними и позволяет ему работать без какой-либо обратной связи по положению во многих приложениях. Серводвигателям часто требуется поворотный энкодер для отслеживания положения вала двигателя, особенно если ему необходимо совершать точные движения.
Приводной механизм: шаговые двигатели более точны
-
Легче подъехать к определенной позиции
- Найти конечную позицию по количеству шагов
- Сложнее точно контролировать
- Чтение конечной позиции на основе регулировки тока
Движение шагового двигателя в точное положение намного проще, чем управление серводвигателем. В шаговом двигателе один импульс привода перемещает вал двигателя на один шаг от одного полюса к другому. Поскольку размер шага данного двигателя фиксирован на определенном числе оборотов, перемещение в точное положение зависит от отправки правильного количества импульсов.
Напротив, серводвигатели считывают разницу между текущим положением энкодера и положением, на которое они были направлены, и регулируют ток, необходимый для перемещения в правильное положение. Благодаря современной цифровой электронике управлять шаговыми двигателями намного проще, чем серводвигателями.
Производительность: сервоприводы лучше работают на высоких скоростях
-
Уменьшение максимального числа оборотов (около 2 000)
- Меньший крутящий момент доступен на более высоких скоростях
- Может работать на гораздо более высоких скоростях
- Не теряет крутящий момент при увеличении оборотов
Для приложений, требующих высокой скорости и высокого крутящего момента, идеально подходят серводвигатели. Пиковая скорость шаговых двигателей составляет около 2000 об/мин, тогда как серводвигатели доступны во много раз быстрее. Серводвигатели также сохраняют свой номинальный крутящий момент на высокой скорости, до 90% номинального крутящего момента обеспечивается сервоприводом на высокой скорости.
Сервоприводы более эффективны, чем шаговые двигатели, с эффективностью между 80-90%. Серводвигатель может обеспечивать примерно вдвое больше номинального крутящего момента в течение коротких периодов времени, обеспечивая при необходимости достаточный запас мощности. Кроме того, серводвигатели бесшумны, доступны с приводом переменного и постоянного тока, не вибрируют и не страдают резонансом.
Шаговые двигатели теряют значительную часть своего крутящего момента по мере приближения к максимальной скорости привода. Типична потеря 80 % номинального крутящего момента при 90 % максимальной скорости. Шаговые двигатели также не так хороши в ускорении нагрузки, как серводвигатели. Попытка слишком быстро разогнать нагрузку, когда шаговый двигатель не может создать достаточный крутящий момент для перехода к следующему шагу до следующего управляющего импульса, приведет к пропуску шага и потере позиции.
Окончательный приговор
Выбор лучшего двигателя для вашего приложения 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.
Шаговые двигатели лучше подходят для приложений с низким ускорением и высоким удерживающим моментом. Серводвигатели способны обеспечивать большую мощность, чем шаговые двигатели, но требуют гораздо более сложной схемы привода и обратной связи по положению для точного позиционирования. Им часто требуются коробки передач, особенно для работы на более низких скоростях. Требование к редуктору и датчику положения делает конструкцию серводвигателя более сложной с механической точки зрения и увеличивает требования к техническому обслуживанию системы.
Если важна точность позиционирования, либо нагрузка на двигатель никогда не должна превышать его крутящий момент, либо для обеспечения точности шаговый двигатель должен быть объединен с датчиком положения. Шаговые двигатели также страдают от вибрации и резонанса. На определенных скоростях, частично зависящих от динамики нагрузки, шаговый двигатель может войти в резонанс и не сможет управлять нагрузкой. Это приводит к пропуску шагов, остановке двигателей, чрезмерной вибрации и шуму.