Mikä sopii parhaiten sovellukseesi? Tarkastellaan keskeisiä päätöksentekokriteerejä, kuten nopeutta, kiihtyvyyttä ja hintatavoitteita.

Askelmoottorit

Askelmoottorit koostuvat roottorista, jossa on kestomagneetit, ja kiinteästä staattorista, joka kannattaa käämejä. Kun virta kulkee staattorikäämien läpi, se tuottaa magneettivuon jakauman, joka vuorovaikuttaa roottorin magneettikentän jakauman kanssa ja aiheuttaa kääntövoiman. Askelmoottoreilla on erittäin suuri napamäärä, tyypillisesti 50 tai enemmän. Askelmoottorin ohjain antaa virtaa jokaiselle navalle peräkkäin, jolloin roottori pyörii sarjana askelin. Erittäin suuren napamäärän vuoksi liike näyttää jatkuvalta.

Teoriassa vaihteistoa voitaisiin käyttää vääntömomentin lisäämiseen, mutta tässä kohtaa askelmoottorien alhainen nopeus tulee ongelmaksi. 10:1-alennusvaihteen lisääminen 1 200 rpm:n askelmoottoriin saattaa lisätä vääntömomenttia suuruusluokalla, mutta se myös laskee nopeuden 120 rpm:iin. Jos moottoria käytetään kuularuuvitoimilaitteen tai vastaavan käyttämiseen, se ei todennäköisesti tuota riittävää nopeutta sovelluksen tarpeiden tyydyttämiseksi.

Askelmoottoreita ei yleensä ole saatavilla NEMA 34:ää suuremmissa runkokooissa, ja useimmat sovellukset kuuluvat NEMA 17- tai NEMA 23 -moottorikokoihin. Tämän seurauksena on epätavallista löytää askelmoottoreita, jotka pystyvät tuottamaan yli 1 000–2 000 unssia tuumaa vääntömomenttia.

Myös askelmoottoreilla on suorituskykyrajoituksia. Voit ajatella askelmoottoria jousimassajärjestelmänä. Moottorin on katkaistava kitka alkaakseen pyöriä ja liikuttaa kuormaa, jolloin roottorin ohjaus ei ole täysin kohdallaan. Tämän seurauksena komento liikkua viisi askelta eteenpäin voi johtaa vain neljän – tai kuuden – askeleen pyörimiseen.

Jos taajuusmuuttaja käskee moottoria liikkumaan 200 askelta eteenpäin, se tekee sen vain muutaman askeleen tarkkuudella, mikä tuolloin edustaa muutaman prosentin virhettä. Vaikka annamme askelmoottoreille komentoja tyypillisesti 25 000–50 000 lukemaa kierrosta kohden, koska moottori on kuormitettu jousimassajärjestelmä, tyypillinen resoluutiomme on 2 000–6 000 lukemaa kierrosta kohden. Näillä resoluutioilla jopa 200 askeleen liike vastaa asteen murto-osaa.

Enkooderin lisääminen mahdollistaa järjestelmän liikkeen tarkan seurannan, mutta se ei pysty ohittamaan moottorin perusfysiikkaa. Sovelluksiin, jotka vaativat parempaa paikannustarkkuutta ja -resoluutiota, servomoottorit tarjoavat paremman ratkaisun.

Servomoottorit

Kuten askelmoottoreilla, myös servomoottoreilla on monia toteutuksia. Tarkastellaan yleisintä rakennetta, jossa roottori on varustettu kestomagneeteilla ja kiinteä staattori käämeineen. Tässäkin virta luo magneettikentän jakauman, joka vaikuttaa roottoriin ja tuottaa vääntömomenttia. Servomoottoreilla on kuitenkin huomattavasti pienempi napojen määrä kuin askelmoottoreilla. Tämän seurauksena niitä on käytettävä suljetussa silmukassa.

Suljetun silmukan toiminta mahdollistaa ohjaimen/käytön käskeä kuormaa pysymään tietyssä asennossa, ja moottori tekee jatkuvia säätöjä pitääkseen sen siellä. Siten servomoottorit voivat tuottaa tosiasiallisen pitomomentin. On kuitenkin huomattava, että nollanopeuden vääntömomentti riippuu moottorin oikeasta mitoituksesta kuorman ohjaamiseksi ja värähtelyn estämiseksi käsketyn sijainnin ympäri.

Servomoottorit käyttävät tyypillisesti harvinaisten maametallien magneetteja, kun taas askelmoottorit käyttävät useammin edullisempia perinteisiä magneetteja. Harvinaisten maametallien magneetit mahdollistavat suuremman vääntömomentin kehittämisen pienemmässä kotelossa. Servomoottorit saavat myös vääntömomenttiesi fyysisen kokonsa ansiosta. Servomoottorien halkaisijat vaihtelevat tyypillisesti NEMA 17:stä aina 220 mm:iin asti. Näiden yhdistettyjen tekijöiden ansiosta servomoottorit voivat tuottaa jopa 250 paunaa (noin 113,5 kg) olevan vääntömomentin.

Nopeuden ja vääntömomentin yhdistelmä mahdollistaa servomoottoreiden paremman kiihtyvyyden kuin askelmoottoreiden. Ne tarjoavat myös paremman paikannustarkkuuden suljetun silmukan toiminnan ansiosta.

Loppuajatukset

Servomoottorit tarjoavat kiistattoman suorituskykyedun. Toistettavuuden suhteen askelmoottorit voivat kuitenkin olla varsin kilpailukykyisiä. Tämä tuo esiin yleisen harhaluulonsa askelmoottoreista, joka on myytti kadonneesta liikkeestä. Kuten aiemmin totesimme, askelmoottorin massajousirakenne voi johtaa muutamiin kadonneisiin askeliin. Koska taajuusmuuttaja käskee askelmoottoria siirtymään kulma-asentoon, kadonneet askeleet eivät kuitenkaan siirry pyörimisestä toiseen. Pyörinnästä toiseen askelmoottorit ovat erittäin toistettavia. Katso tarkempi keskustelu tästä aiheesta tulevasta blogikirjoituksesta.

Yllä oleva keskustelu tuo meidät askelmoottorien ja servoakseleiden viimeiseen keskeiseen eroon, joka on hinta. Askelmoottorit eivät yleensä tarvitse takaisinkytkentää, ne käyttävät halvempia magneetteja, ja niissä on harvoin vaihteistoja. Suuren napamäärän ja pitomomentin tuottamisen kyvyn vuoksi ne kuluttavat vähemmän tehoa nollanopeudella. Tämän seurauksena askelmoottori voi olla jopa kertaluokkaa halvempi kuin vastaava servomoottori.

Yhteenvetona voidaan todeta, että askelmoottorit ovat hyviä ratkaisuja sovelluksiin, joissa vaaditaan pientä nopeutta, pientä kiihtyvyyttä ja heikkoa tarkkuutta. Askelmoottorit ovat myös yleensä kompakteja ja edullisia. Tämä tekee näistä moottoreista sopivia lääketieteen, biotekniikan, turvallisuus- ja puolustusteollisuuden sekä puolijohdevalmistuksen sovelluksiin. Servomoottorit ovat parempi valinta järjestelmiin, jotka vaativat suurta nopeutta, suurta kiihtyvyyttä ja suurta tarkkuutta. Kompromissina on korkeammat kustannukset ja monimutkaisuus. Servomoottoreita käytetään tyypillisesti pakkaamisessa, muuntamisessa, rainankäsittelyssä ja vastaavissa sovelluksissa.

Kun sovelluksesi on anteeksiantava, mutta budjettisi ei, harkitse askelmoottoria. Jos suorituskyky on tärkein ominaisuus, servomoottori hoitaa homman, mutta ole valmis maksamaan siitä enemmän.