Який з них підходить саме для вашої програми? Давайте розглянемо ключові критерії прийняття рішення, включаючи 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 генерує розподіл магнітного потоку, який взаємодіє з розподілом магнітного поля ротора, створюючи силу обертання. Крокові двигуни мають дуже велику кількість полюсів, зазвичай 50 або більше. Драйвер крокового двигуна послідовно живить кожен полюс, так що ротор обертається з послідовним приростом або кроками. Через дуже велику кількість полюсів рух здається безперервним.

Теоретично, для збільшення крутного моменту можна було б використовувати редуктор, але саме тут виникає проблема з низькою швидкістю крокових двигунів. Додавання редуктора 10:1 до крокового двигуна зі швидкістю 1200 об/хв може збільшити крутний момент на порядок, але також знизить швидкість до 120 об/хв. Якщо двигун використовується для керування кульково-гвинтовим приводом або подібним, він, ймовірно, не забезпечить достатньої швидкості для задоволення потреб застосування.

Крокові двигуни зазвичай не доступні в розмірах корпусу більше NEMA 34, причому більшість застосувань належать до розмірів двигунів NEMA 17 або NEMA 23. Як наслідок, рідко можна знайти крокові двигуни, здатні видавати крутний момент понад 1000-2000 унцій-дюймов.

Крокові двигуни також мають обмеження в продуктивності. Ви можете уявити кроковий двигун як систему пружин та маси. Двигун повинен подолати тертя, щоб почати обертатися та переміщувати навантаження, і в цьому випадку ротор не повністю керується. Як результат, команда на просування вперед на п'ять кроків може призвести до того, що двигун повернеться лише на чотири кроки, або шість.

Однак, якщо привід наказує двигуну просунутися на 200 кроків, він зробить це з точністю до кількох кроків, що в цьому випадку 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 пружинно-масовою системою під навантаженням, наша типова роздільна здатність становить від 2 000 до 6 000 відліків на оберт. Тим не менш, при такій роздільній здатності навіть рух на 200 кроків відповідає частці градуса.

Додавання енкодера дозволить системі точно відстежувати рух, але не зможе подолати базову фізику двигуна. Для застосувань, що потребують підвищеної точності та роздільної здатності позиціонування, серводвигуни є кращим рішенням.

Серводвигуни

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

Робота в замкнутому циклі дозволяє контролеру/приводу командувати, щоб навантаження залишалося в певному положенні, і двигун постійно коригуватиме його, щоб утримувати його там. Таким чином, серводвигуни можуть забезпечувати фактичний утримуючий момент. Однак зауважте, що сценарій крутного моменту при нульовій швидкості залежить від правильного вибору розміру двигуна для контролю навантаження та запобігання коливанням навколо заданого положення.

Серводвигуни зазвичай використовують рідкоземельні магніти, тоді як крокові двигуни частіше використовують дешевші звичайні магніти. Рідкоземельні магніти дозволяють розвивати більший крутний момент у меншому корпусі. Серводвигуни також отримують перевагу в крутному моменті завдяки своїм загальним фізичним розмірам. Діаметри серводвигунів зазвичай варіюються від NEMA 17 до 220 мм. Завдяки поєднанню цих факторів, серводвигуни можуть видавати крутний момент до 250 футо-фунтів.

Поєднання швидкості та крутного моменту дозволяє серводвигунам забезпечувати краще прискорення, ніж крокові двигуни. Вони також забезпечують покращену точність позиціонування завдяки роботі в замкнутому циклі.

Заключні думки

Серводвигуни пропонують незаперечну перевагу в продуктивності. Однак з точки зору повторюваності крокові двигуни можуть бути досить конкурентоспроможними. Цей момент породжує поширену помилкову думку про крокові двигуни, а саме міф про втрату руху. Як ми обговорювали раніше, пружинно-масовий характер крокового двигуна може призвести до кількох втрачених кроків. Однак, оскільки привід командує кроковому двигуну переміститися в кутове положення, втрачені кроки не переносяться від обертання до обертання. Від обертання до обертання крокові двигуни мають високу повторюваність. Очікуйте більш детальне обговорення цієї теми в наступній публікації блогу.

Наведене вище обговорення підводить нас до останньої ключової відмінності між кроковими осями та сервоосями, а саме до вартості. Крокові двигуни зазвичай не потребують зворотного зв'язку, вони використовують менш дорогі магніти та рідко містять редуктори. Завдяки великій кількості полюсів та здатності генерувати крутний момент, вони споживають менше енергії на нульовій швидкості. Як результат, кроковий двигун може бути на порядок дешевшим, ніж порівнянний серводвигун.

Підсумовуючи, крокові двигуни є гарним рішенням для застосувань з низькою швидкістю, низьким прискоренням та низькими вимогами до точності. Крокові двигуни також, як правило, компактні та недорогі. Це робить ці двигуни добре підходять для медичних, біотехнологічних, систем безпеки та оборони, а також для виробництва напівпровідників. Серводвигуни є кращим вибором для систем, що потребують високої швидкості, високого прискорення та високої точності. Компромісом є вища вартість та складність. Серводвигуни зазвичай використовуються в упаковці, конвертуванні, обробці полотен та подібних застосуваннях.

Якщо ваша система підходить для помірних потреб, але ваш бюджет ні, розгляньте кроковий двигун. Якщо продуктивність є найважливішим аспектом, серводвигун виконає роботу, але будьте готові заплатити більше.