Який з них підходить для вашої програми? Давайте розглянемо основні критерії прийняття рішень, зокрема швидкість, прискорення та цільові ціни.

Крокові двигуни

Крокові двигуни складаються з ротора з постійними магнітами та нерухомого статора, на якому знаходяться обмотки. Коли струм проходить через обмотки статора, він створює розподіл магнітного потоку, який взаємодіє з розподілом магнітного поля ротора, щоб застосувати силу обертання. Крокові двигуни мають дуже велику кількість полюсів, як правило, 50 і більше. Драйвер крокового двигуна подає напругу на кожен полюс послідовно, щоб ротор обертався в ряд кроків або кроків. Через дуже велику кількість полюсів рух виглядає безперервним.

Теоретично для збільшення крутного моменту можна було б використовувати коробку передач, але тут низька швидкість крокових двигунів стає проблемою. Додавання редуктора 10:1 до крокового двигуна 1200 об/хв може збільшити крутний момент на порядок, але також знизить швидкість до 120 об/хв. Якщо двигун використовується для приводу кульково-гвинтового приводу або подібного, він, ймовірно, не забезпечить достатню швидкість для задоволення потреб застосування.

Крокові двигуни, як правило, недоступні в розмірах корпусів, більших за NEMA 34, при цьому більшість застосувань підпадає під розміри двигунів NEMA 17 або NEMA 23. Як наслідок, незвично знайти крокові двигуни, здатні виробляти крутний момент більше 1000-2000 унцій.

Крокові двигуни також мають обмеження по продуктивності. Ви можете розглядати кроковий двигун як систему пружини. Двигуну потрібно послабити тертя, щоб почати обертатися та перемістити вантаж, у цей момент ротор не повністю контролюється. У результаті команда просунутися вперед на п’ять кроків може призвести до обертання двигуна лише на чотири або шість кроків.

Однак, якщо привід дає команду двигуну просунутися на 200 кроків, він зробить це з точністю лише до кількох кроків, що на той момент становить похибку в кілька відсотків. Хоча ми керуємо кроковими двигунами з роздільною здатністю зазвичай від 25 000 до 50 000 відліків на оберт, оскільки двигун є системою пружинної маси під навантаженням, наша типова роздільна здатність становить від 2000 до 6000 відліків на оберт. Тим не менш, при таких роздільних здатностях навіть 200 кроків відповідають часткам градуса.

Додавання кодера дозволить системі точно відстежувати рух, але він не зможе подолати базову фізику двигуна. Для застосувань, які вимагають підвищеної точності позиціонування та роздільної здатності, кращим рішенням є серводвигуни.

Серводвигуни

Як і крокові двигуни, серводвигуни мають багато реалізацій. Розглянемо найпоширенішу конструкцію, яка включає в себе ротор з постійними магнітами і нерухомий статор з обмотками. Тут також струм створює розподіл магнітного поля, яке діє на ротор, створюючи крутний момент. Однак серводвигуни мають значно меншу кількість полюсів, ніж крокові двигуни. У результаті вони повинні працювати в замкнутому циклі.

Робота в замкнутому циклі дозволяє контролеру/приводу віддавати команду, щоб навантаження залишалося в певному положенні, а двигун буде виконувати постійні налаштування, щоб утримувати його в цьому положенні. Таким чином, серводвигуни можуть забезпечити де-факто утримуючий момент. Однак зауважте, що сценарій крутного моменту при нульовій швидкості залежить від правильного розміру двигуна, щоб контролювати навантаження та запобігати коливанням навколо заданого місця.

Серводвигуни зазвичай використовують рідкоземельні магніти, тоді як крокові двигуни частіше використовують менш дорогі звичайні магніти. Рідкоземельні магніти дозволяють розвивати вищий крутний момент у меншій упаковці. Серводвигуни також отримують перевагу крутного моменту завдяки їх загальному фізичному розміру. Діаметр серводвигуна зазвичай коливається від NEMA 17 до 220 мм. Завдяки сукупності цих факторів серводвигуни можуть створювати крутний момент до 250 фут-фунтів.

Поєднання швидкості та крутного моменту дозволяє серводвигунам забезпечувати краще прискорення, ніж крокові двигуни. Вони також забезпечують підвищену точність позиціонування в результаті роботи в замкнутому циклі.

Заключні думки

Серводвигуни пропонують незаперечну перевагу продуктивності. З точки зору повторюваності, однак, крокові двигуни можуть бути цілком конкурентоспроможними. Це викликає поширену помилку щодо крокових двигунів, яка є міфом про втрату руху. Як ми обговорювали раніше, пружинна природа крокового двигуна може призвести до кількох втрачених кроків. Оскільки привід дає команду степеру рухатися до кутового положення, однак втрачені кроки не переносяться від обертання до обертання. Від обертання до обертання крокові двигуни мають високу повторюваність. Шукайте більш детальне обговорення цієї теми в наступній публікації блогу.

Наведене вище обговорення підводить нас до останньої ключової різниці між кроковими осями та осями сервоприводу, а саме вартості. Крокові двигуни зазвичай не потребують зворотного зв’язку, вони використовують менш дорогі магніти, і вони рідко включають редуктори. Завдяки великій кількості полюсів і здатності створювати утримуючий момент вони споживають менше енергії на нульовій швидкості. У результаті кроковий двигун може бути на порядок меншим, ніж аналогічний серводвигун.

Підводячи підсумок, крокові двигуни є хорошими рішеннями для додатків з низькою швидкістю, низьким прискоренням і низькими вимогами до точності. Крокові двигуни також мають тенденцію бути компактними та недорогими. Це робить ці двигуни добре придатними для застосування в медицині, біотехнологіях, безпеці та обороні, а також у виробництві напівпровідників. Серводвигуни є кращим вибором для систем, які потребують високої швидкості, високого прискорення та високої точності. Компромісом є вища вартість і складність. Серводвигуни зазвичай використовуються для пакування, переробки, обробки полотна тощо.

Якщо ваша програма прощає, але ваш бюджет ні, подумайте про кроковий двигун. Якщо продуктивність є найважливішим аспектом, серводвигун виконає свою роботу, але будьте готові заплатити більше.