Какой из них подходит для вашего приложения? Давайте рассмотрим ключевые критерии принятия решения, включая скорость, ускорение и целевые цены.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора, который несет обмотки. Когда ток проходит через обмотки статора, он генерирует распределение магнитного потока, которое взаимодействует с распределением магнитного поля ротора, чтобы применить вращающую силу. Шаговые двигатели имеют очень большое количество полюсов, обычно 50 или более. Драйвер шагового двигателя подает питание на каждый полюс последовательно, так что ротор поворачивается серией приращений, или шагов. Из-за очень большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

Теоретически, редуктор может использоваться для увеличения крутящего момента, но именно здесь низкая скорость шаговых двигателей становится проблемой. Добавление редуктора 10:1 к шаговому двигателю на 1200 об/мин может увеличить крутящий момент на порядок, но это также снизит скорость до 120 об/мин. Если двигатель используется для привода шарико-винтового привода или аналогичного устройства, он, вероятно, не будет обеспечивать достаточную скорость для удовлетворения потребностей приложения.

Шаговые двигатели, как правило, не выпускаются в размерах корпуса больше NEMA 34, большинство приложений попадают в размеры двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате редко можно встретить шаговые двигатели, способные производить крутящий момент более 1000–2000 унций-дюймов.

Шаговые двигатели также имеют ограничения производительности. Вы можете представить шаговый двигатель как систему пружины и массы. Двигателю необходимо разорвать трение, чтобы начать вращаться и перемещать груз, в этот момент ротор не полностью контролируется. В результате команда на продвижение на пять шагов может привести только к повороту двигателя на четыре шага — или на шесть.

Однако если привод отдает команду двигателю сделать 200 шагов, он сделает это с точностью до нескольких шагов, что в этой точке представляет собой погрешность в несколько процентов. Хотя мы отдаем команды шаговым двигателям с разрешением обычно от 25 000 до 50 000 отсчетов на оборот, поскольку двигатель представляет собой систему пружины и массы под нагрузкой, наше типичное разрешение составляет от 2000 до 6000 отсчетов на оборот. Тем не менее, при таких разрешениях даже движение на 200 шагов соответствует доле градуса.

Добавление энкодера позволит системе точно отслеживать движение, но она не сможет преодолеть базовую физику двигателя. Для приложений, требующих улучшенной точности позиционирования и разрешения, серводвигатели обеспечивают лучшее решение.

Серводвигатели

Как и шаговые двигатели, серводвигатели имеют множество реализаций. Давайте рассмотрим наиболее распространенную конструкцию, которая включает ротор с постоянными магнитами и неподвижный статор с обмотками. Здесь также ток создает распределение магнитного поля, которое воздействует на ротор, создавая крутящий момент. Однако серводвигатели имеют значительно меньшее количество полюсов, чем шаговые двигатели. В результате они должны работать в замкнутом контуре.

Однако работа в замкнутом контуре позволяет контроллеру/приводу отдавать команду, чтобы нагрузка оставалась в определенном положении, а двигатель будет постоянно корректироваться, чтобы удерживать ее там. Таким образом, серводвигатели могут обеспечивать фактический удерживающий крутящий момент. Однако следует отметить, что сценарий крутящего момента при нулевой скорости зависит от правильного выбора размера двигателя для управления нагрузкой и предотвращения колебаний вокруг заданного положения.

Серводвигатели обычно используют редкоземельные магниты, в то время как шаговые двигатели чаще используют менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты позволяют развивать более высокий крутящий момент в меньшем корпусе. Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте от своего общего физического размера. Диаметры серводвигателей обычно варьируются от NEMA 17 вплоть до 220 мм. В результате этих объединенных факторов серводвигатели могут обеспечивать крутящий момент до 250 фут-фунтов.

Сочетание скорости и крутящего момента позволяет серводвигателям обеспечивать лучшее ускорение, чем шаговые двигатели. Они также обеспечивают улучшенную точность позиционирования в результате работы в замкнутом контуре.

Заключительные мысли

Серводвигатели предлагают неоспоримое преимущество в производительности. Однако с точки зрения повторяемости шаговые двигатели могут быть вполне конкурентоспособны. Этот момент поднимает распространенное заблуждение о шаговых двигателях, которое является мифом о потерянном движении. Как мы уже обсуждали ранее, природа шагового двигателя «масса-пружина» может привести к нескольким потерянным шагам. Поскольку привод командует шаговому двигателю переместиться в угловое положение, потерянные шаги не переносятся из вращения в вращение, однако. Вращение во вращение, шаговые двигатели обладают высокой повторяемостью. Более подробное обсуждение этой темы смотрите в следующем сообщении в блоге.

Обсуждение выше приводит нас к последнему ключевому различию между шаговыми осями и сервоосями, а именно к стоимости. Шаговым двигателям обычно не требуется обратная связь, они используют менее дорогие магниты и редко включают в себя редукторы. Из-за большого количества полюсов и их способности генерировать удерживающий момент они потребляют меньше энергии на нулевой скорости. В результате шаговый двигатель может быть на порядок дешевле, чем сопоставимый серводвигатель.

Подводя итог, можно сказать, что шаговые двигатели являются хорошим решением для приложений с низкой скоростью, низким ускорением и низкими требованиями к точности. Шаговые двигатели также, как правило, компактны и недороги. Это делает эти двигатели хорошо подходящими для медицинских, биотехнологических, охранных и оборонных приложений, а также для производства полупроводников. Серводвигатели являются лучшим выбором для систем, требующих высокой скорости, высокого ускорения и высокой точности. Компромисс заключается в более высокой стоимости и сложности. Серводвигатели обычно используются в упаковке, конвертации, веб-обработке и подобных приложениях.

Если ваше приложение прощает, а ваш бюджет нет, рассмотрите шаговый двигатель. Если производительность является наиболее важным аспектом, серводвигатель справится с работой, но будьте готовы заплатить больше.