Сервопривод или шаговый двигатель?

1. Главная

   /

2. Справочник

   /

3. Сервопривод или шаговый двигатель?

В случаях, когда необходима высокая точность работы исполнительных механизмов, используют асинхронный электродвигатель с энкодером обратной связи. Однако в промышленных станках с особыми требованиями к точности позиционирования подобное оборудование не справится с задачами в силу ряда конструктивных недостатков — низкого момента на малых скоростях, проскальзывания ротора, инерции при разгоне и торможении. В таких случаях используются сервоприводы и шаговые двигатели. Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов приводов.

Сервоприводы

В состав сервопривода входят серводвигатель и электронный блок управления (сервоусилитель или сервопреобразователь). В качестве серводвигателей наиболее широко применяют синхронные трехфазные электродвигатели, в которых установлены мощные постоянные магниты для улучшения динамических характеристик. Обязательным компонентом сервопривода также является энкодер. Как правило, он превосходит по своим параметрам обычные энкодеры, поставляемые отдельно. Его разрешение может достигать сотен тысяч импульсов на оборот, за счет чего достигается сверхточное позиционирование. Для примера, разрешение встроенных энкодеров сервоприводов Delta ASD-A2 составляет 1 280 000 имп/об.

Сервоусилитель получает два сигнала управления — сигнал задания скорости (или угла поворота) и сигнал обратной связи с энкодера. В результате сервопривод обеспечивает движение какой-либо механической нагрузки с большой точностью не только по скорости вращения, но и по углу поворота, который может быть выдержан до долей градуса.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель — это особый вид многофазного синхронного двигателя, дискретное вращение которого производится путем подачи импульсов напряжения на нужные обмотки статора. При этом ротор не имеет обмоток и состоит из магнитного материала.

Основной параметр шагового двигателя — его шаг, или количество шагов на оборот. Для одного полного оборота ротора необходимо строго определенное количество импульсов. Чем меньше шаг, тем большую точность позиционирования может обеспечить данный шаговый двигатель.

Управляющие импульсы формируются специальным драйвером, который получает задание с контроллера. При этом обратной связи не требуется, поскольку путем подсчета импульсов всегда можно узнать, на какой угол повернулся вал шагового двигателя, и сколько оборотов он сделал.

Преимущества сервоприводов

• Мощность серводвигателей может достигать 15 кВт, в то время как мощность шагового электродвигателя, как правило, не превышает 1 кВт.
• Бесшумность работы благодаря принципу действия и сверхточному исполнению конструкции.
• Скорость вращения в сервоприводах может достигать 10000 об/мин, в некоторых случаях и больше. У шаговых двигателей номинальная скорость вращения обычно не превышает 1000 об/мин вследствие падения момента и увеличения вероятности ошибок.
• Высокая энергоэффективность. Потребляемая мощность сервопривода пропорциональна нагрузке на валу. Для шагового электродвигателя потребляемая мощность одинакова вне зависимости от нагрузки.
• Наличие обратной связи обеспечивает точной информацией о повороте вала в любой момент времени. В шаговых двигателях возможно проскальзывание при перегрузке, накопление ошибки и потеря позиционирования.
• Большая плавность хода. В шаговых двигателях добиться плавности можно только путем применения специальных методов управления.

Преимущества шаговых двигателей

• Меньшая цена при одинаковой мощности в силу более простой конструкции двигателя и драйвера.
• Возможность работы на экстремально низких оборотах без ухудшения характеристик и применения редукторов.
• Более точное позиционирование, обусловленное конструкцией двигателя.
• Отсутствие необходимости в обратной связи.
• Для фиксации вала двигателя при останове достаточно снять с него напряжение. При останове серводвигателя необходимо расходовать мощность на удержание либо использовать электромеханический тормоз.

Применение

В промышленном оборудовании для выполнения задач позиционирования имеет смысл использовать и асинхронные двигатели с обратной связью, и сервоприводы, и шаговые двигатели.

Сервоприводы устанавливаются в тех узлах оборудования, где требуется точное позиционирование механизмов для их синхронизации с другими узлами. В частности сервоприводы широко используют в обрабатывающих станках.

Шаговые двигатели нашли наибольшее применение в станках с ЧПУ и в робототехнике.

На практике встречаются производственные линии, в которых в различных узлах используются все три типа электродвигателей.

Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Как выбрать мотор-редуктор
Редуктор от «А» до «Я»

Подпишитесь на рассылку!

Никакого спама! Только полезная справочная информация.

Я согласен на обработку персональных данных

какова разница и что выбрать? — MULTICUT

Обновлено: 31.03.2023

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Пройти тест

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерий сравнения	Шаговые двигатели	Сервоприводы
Эксплуатационный ресурс	Шаговые электромоторы не имеют коллекторного узла, подверженного износу. Также они не имеют частей, нуждающихся в регулярном техобслуживании и замене	Коллекторные серводвигатели необходимо регулярно обслуживать. Максимальный срок службы коллекторного узла — 5000 часов непрерывной работы. При этом бесщеточные сервомоторы не уступают в надежности шаговым двигателям
Точность перемещений исполнительного органа	Современные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм. Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработки	Сервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм. Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки
Время разгона и скорость перемещения портала	Максимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м. Время разгона — 120 об/мин за секунду	Сервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин. Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды
Реакция на принудительную остановку	Шаговые двигатели хорошо переносят механические перегрузки и не выходят из строя при аварийных остановках	Сервоприводы необходимо оснащать дополнительной защитой, отключающей электромотор при принудительной остановке портала. В противном случае обмотки электрической машины могут сгореть
Стоимость	За счет простоты конструкции шаговый двигатель имеет относительно невысокую цену	За счет датчиков обратной связи (энкодеров) и более сложной схемы регулирования сервопривод считается дорогостоящим оборудованием

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

• 
  Производительность.

  
  По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

• 
  Эксплуатационные расходы.

  
  Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

• 
  Точность.

  
  Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

• 
  Цена.

  
  Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

• 
  Уровень шума.

  
  По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Читайте также

Обновлено: 18.04.2023

Фрезерные станки с ЧПУ для малого бизнеса

Для построения и развития успешного бизнеса, связанного с работой на фрезерном станке с ЧПУ, важно наличие значительных преимуществ перед конкурентами: например, высочайшего качества продукции и доступных цен. В данной статье расскажем, какие именно станки с ЧПУ подходят для малого бизнеса, какова стоимость того или иного оборудования, и насколько рентабелен такой вид деятельности…

Подробнее

Обновлено: 18.04.2023

Технические характеристики и сфера применения фрезерных станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ значительно повлияли на сферу металлообработки и на работу с другими материалами. Программируемые установки обеспечиваюют повышенную точность фрезеровки, что приводит к значительному увеличению производительности труда. Процесс обработки заготовок проходит беспрерывно и в строгом соответствии заданной программе, а результат работы отличается высокой точностью. В статье мы рассмотрим важнейшие технические характеристики фрезерных станков с ЧПУ и основные сферы их применения…

Подробнее

Обновлено: 18.04.2023

Фрезы для деревообрабатывающих станков с ЧПУ

Рабочий режущий инструмент станков с ЧПУ — это фреза. Конструктивно она является вращающейся деталью с заточенными зубьями. Фрезы для станков с ЧПУ по дереву производят из разных сплавов и делят на категории. Их выбор зависит от характеристик обрабатываемой поверхности, типа работы и степени твердости древесины. Правильно выбрать подходящий инструмент для программных станков поможет наша статья, которая познакомит вас с типами фрез и их назначением…

Подробнее

Обновлено: 06.04.2023

Характеристики шагового двигателя

Шаговое устройство — бесщеточный двигатель с несколькими обмотками, функционирующий по синхронному принципу. Принцип работы шагового двигателя заключается в поочередной активации обмоток, которые обеспечивают вращение / остановку ротора…

Подробнее

Обновлено: 06.04.2023

Специфика сверлильных станков с ЧПУ

Современные сверлильные станки с ЧПУ используются на производствах, на которых в больших объемах осуществляется обработка деталей всевозможного назначения, например, на мебельных фабриках. Сегодня производители предлагают покупателям модели сверлильных станков с ЧПУ во всем функциональном многообразии. ..

Подробнее

Возврат к списку

Поделиться:

Выбор шагового двигателя и серводвигателя

Эта статья была обновлена ​​8 февраля 2023 г. Первоначально она была опубликована 24 июня 2018 г. инженерный трюизм, что идеального решения не существует — есть только лучшее решение для имеющейся проблемы. Это особенно справедливо для серводвигателей и шаговых двигателей. Оба широко используются в промышленности. Тоже не универсальное решение. Однако при правильном применении как шаговые, так и серводвигатели могут обеспечить эффективное и надежное питание для очень успешной системы. Дерево решений для выбора между ними имеет много ветвей, но наиболее важными из них являются скорость, ускорение и целевая цена.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора с обмотками. Ток, протекающий через обмотки статора, создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора, создавая и применяя вращающую силу. Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, обычно 50 и более. Каждый полюс последовательно запитывается приводом двигателя, так что ротор вращается с серией приращений или шагов. Но из-за большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

СВЯЗАННЫЕ: Двигатели лучше: сервоприводы или шаговые двигатели

Шаговые двигатели имеют несколько характеристик. Они генерируют пошаговое движение и обычно работают без обратной связи, что устраняет стоимость и сложность энкодера или резольвера. Большое количество полюсов позволяет им создавать высокие крутящие моменты при нулевой скорости. Они также компактны и в целом экономичны.

С другой стороны, скорости шаговых двигателей ограничены. Обычно они хорошо работают при 1200 об/мин или ниже. И хотя они генерируют высокий крутящий момент при нулевой скорости, крутящий момент падает по мере увеличения скорости. Двигатель, который генерирует 100 унций на дюйм при нулевой скорости, может обеспечить только 50 унций на 500 об/мин и всего 10 унций на 1000 об/мин.

Теоретически добавление редуктора может увеличить крутящий момент, но тогда низкая скорость шагового двигателя станет проблемой. Добавление редуктора 10:1 к шаговому двигателю со скоростью 1200 об/мин может увеличить крутящий момент на порядок, но также снизит скорость до 120 об/мин. Если двигатель приводит в действие шарико-винтовой привод или что-то подобное, он, вероятно, не будет развивать скорость, достаточную для удовлетворения потребностей приложения.

Шаговые двигатели, как правило, не доступны с размерами корпуса больше, чем NEMA 34, при этом большинство приложений подпадают под размеры двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате редко можно найти шаговые двигатели, которые могут развивать крутящий момент от 1000 до 2000 унций-дюйм.

СВЯЗАННЫЕ: Выбор подходящего шагового двигателя или серводвигателя для электрических приводов

Шаговые двигатели также имеют ограничения по производительности. Например, двигатель должен прервать трение, чтобы начать вращаться и перемещать нагрузку, и в этот момент ротор не полностью контролируется. В результате команда продвинуться на пять шагов может привести к тому, что двигатель повернется на четыре шага, а может быть, и на шесть.

Если привод дает команду двигателю продвинуться на 200 шагов, он сделает это с точностью до нескольких шагов, что в этот момент представляет собой погрешность в несколько процентов. Хотя шаговые двигатели обычно имеют разрешение от 25 000 до 50 000 импульсов на оборот, двигатель представляет собой пружинно-массовую систему под нагрузкой, а типичное разрешение составляет от 2000 до 6000 импульсов на оборот. Тем не менее, при этих разрешениях даже 200-шаговое перемещение соответствует доле градуса.

Добавление энкодера будет точно отслеживать движение, но не будет преодолевать базовую физику двигателя. Для приложений, требующих большей точности и разрешения позиционирования, серводвигатели являются лучшим выбором, чем шаговые двигатели.

Серводвигатели

Шаговый двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора с обмотками. Как и в шаговых двигателях, ток создает магнитное поле, которое воздействует на ротор, создавая крутящий момент. Но у серводвигателей значительно меньше полюсов, чем у шаговых двигателей. В результате они должны работать под управлением замкнутого контура.

В общем, двигатели подачи работают значительно быстрее, чем шаговые двигатели, со скоростью порядка нескольких тысяч об/мин. Это позволяет использовать серводвигатели с редукторами для обеспечения гораздо более высокого крутящего момента на полезных скоростях. Они также обеспечивают более постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей двигателя.

СВЯЗАННЫЕ: Все о двигателях

В отличие от шаговых двигателей, они не имеют удерживающего момента. Однако работа в замкнутом контуре позволяет контроллеру/приводу дать команду, чтобы нагрузка оставалась в определенном положении, а двигатель непрерывно регулировался, чтобы удерживать ее в этом положении. Таким образом, серводвигатели могут обеспечить фактически удерживающий момент.

В серводвигателях обычно используются редкоземельные магниты, в то время как в шаговых двигателях чаще используются менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты помогают сервоприводам развивать больший крутящий момент в меньших размерах. Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте благодаря своему большему размеру. Диаметр серводвигателя обычно варьируется от NEMA 17 до 220 мм. В результате сочетания этих факторов серводвигатели развивают крутящий момент до 250 футо-фунтов.

Серводвигатели обладают скоростью и крутящим моментом, обеспечивающими более высокое ускорение, чем шаговые двигатели. Они также обеспечивают более точное позиционирование благодаря замкнутому контуру управления.

Окончательное сравнение

Серводвигатели обладают неоспоримым преимуществом в производительности. Однако с точки зрения повторяемости шаговые двигатели конкурентоспособны.

Когда дело доходит до затрат, шаговые двигатели обычно не нуждаются в обратной связи, используют менее дорогие магниты и редко имеют редукторы. Они также имеют большое количество полюсов, способность генерировать удерживающий момент и потребляют меньше энергии при нулевой скорости. В результате шаговые двигатели могут быть на порядок дешевле, чем сопоставимые серводвигатели.

Итак, когда приложение снисходительно, а бюджет — нет, подумайте о шаговых двигателях. Если производительность имеет первостепенное значение, серводвигатели сделают работу — , но будьте готовы платить больше.

Билл Лэки был вице-президентом по инженерным продажам в Motion Solutions Inc . , когда эта статья была первоначально опубликована.

Выбор между серводвигателями и шаговыми двигателями

Лучший двигатель тот, который соответствует требованиям применения. Однако, когда и серводвигатели, и шаговые двигатели удовлетворяют основным требованиям приложения позиционирования, важно иметь более глубокое понимание этих двух технологий, чтобы принять взвешенное решение.

В этом сообщении блога  мы суммируем различия между системами серводвигателей и системами шаговых двигателей.

Давайте начнем с быстрого сравнения двух моторных технологий.

Хотя серводвигатели и шаговые двигатели используют постоянные магниты в роторе и требуют для работы приводных цепей, в их конструкции есть фундаментальные различия, которые приводят к различиям в производительности.

Шаговому двигателю можно дать команду переместиться в определенное положение, остановиться, затем удерживать, в то время как серводвигатель должен «искать» целевое положение с обратной связью от энкодера. Первое существенное отличие, которое вы заметите, заключается в том, что потребность серводвигателя в энкодере увеличивает длину двигателя.

Вторым важным отличием является количество полюсов. Обсуждаемые здесь полюса являются «магнитными полюсами» и могут быть определены как северный или южный магнитные полюса ротора. Эти полюса обеспечивают определенные стабильные точки, в которых магнитный поток от статора будет взаимодействовать с ротором.

Чтобы понять разницу в количестве полюсов между шаговыми двигателями и серводвигателями, нам нужно глубже изучить конструкцию каждого двигателя. На левом изображении ниже показана конструкция шагового двигателя, а на правом изображении ниже показана схема поперечного сечения его ротора и статора.

Шаговый двигатель

В конструкции шагового двигателя используется аксиально намагниченный редкоземельный постоянный магнит, который зажат между двумя зубчатыми чашками ротора. При осевом намагничивании постоянного магнита зубья двух чашек ротора становятся магнитными полюсами противоположной полярности. Чашка ротора может иметь 50 или 100 зубьев, а две чашки ротора скошены на половину шага зубьев. Зубья обоих роторов показаны синим и красным на правом изображении выше (если смотреть со стороны вала). Для шагового двигателя каждый зубец на обеих чашках ротора становится полюсом.

Серводвигатель

Серводвигатель (показан выше) использует ротор с радиальным намагничиванием вместо зубьев (показан ниже), что является основной причиной того, что серводвигатели имеют значительно меньше полюсов. Малое количество полюсов также требует использования обратной связи энкодера для минимизации ошибки.

Серводвигатель занимает больше места из-за необходимости использования абсолютного энкодера. Меньшее количество полюсов дает ему возможность генерировать более высокий крутящий момент на более высоких скоростях. Шаговый двигатель может работать в разомкнутом контуре без энкодера, поэтому он более компактен.

Одним из основных требований для позиционирования является точность остановки двигателя. И шаговый двигатель, и серводвигатель могут точно останавливаться.

Точность остановки шагового двигателя зависит от качества изготовления обмоток (электрических) и конструкции зубьев (механических), а точность серводвигателя зависит от точности сборки, разрешения энкодера и алгоритма.

Помните, что между ротором и статором есть очень тонкий воздушный зазор, и единственное трение происходит от его шарикоподшипников. Момент трения или гравитационная нагрузка могут привести к отклонению фактического положения остановки, поэтому при переходе от положения к положению возникает небольшая ошибка. Когда мы наносим на график ошибки, возникающие при вращении двигателей на 1 полный оборот, они выглядят так, как показано на графиках ниже.

Обратите внимание, что оба они обеспечивают точность останова около +/-0,02°, что ниже типичной точности повторяющихся остановов шагового двигателя, равной 3 угловым минутам, или +/-0,05°. В то время как шаговый двигатель обеспечивает лучшую повторяемость с шагом 7,2° или почти идеальную повторяемость с шагом 360°, точность остановки серводвигателя зависит от разрешения его энкодера.

Точность остановки шагового двигателя сильно зависит от характеристик его обмотки, точности конструкции ротора, а также количества зубцов/полюсов в его роторе. Точность остановки серводвигателя зависит от точности сборки, разрешения энкодера и алгоритма работы. В некотором смысле можно сказать, что шаговый двигатель «механически разработан» для приложений позиционирования, а серводвигатели «электрически спроектирован» для приложений позиционирования.

Серводвигатели обычно работают на более высоких скоростях, чем шаговые двигатели. На самом деле это означает, что серводвигатель будет выдавать больший крутящий момент при заданных оборотах, чем шаговый двигатель. Эта разница в характеристиках крутящего момента возникает из-за разницы в количестве полюсов, а также в индуктивности обмотки между конструкциями серводвигателя и шагового двигателя.

Количество полюсов также влияет на то, сколько раз необходимо передвинуть обмотку двигателя для полного оборота двигателя. Для серводвигателя может потребоваться всего 12 «шагов», чтобы сделать полный оборот. Однако для двухфазного шагового двигателя требуется 200 «шагов». На малых скоростях это не имеет существенного значения. Однако на больших скоростях водитель не сможет полностью запитать обмотки. Поскольку ток пропорционален крутящему моменту, крутящий момент уменьшается на высоких скоростях.

Разницу в производительности шаговых двигателей и серводвигателей лучше всего можно продемонстрировать на их кривых скорость-момент. Вот пример сравнения шагового двигателя и серводвигателя с одинаковым типоразмером.

Шаговый двигатель NEMA 23	200 Вт (1/4 л. с.) Серводвигатель 60 мм

Большое количество полюсов шаговых двигателей обеспечивает высокий пуск и плавную работу на низкой скорости. Они могут быстро реагировать, точно позиционировать без энкодера и легко создавать удерживающий момент. Однако из-за высокой индуктивности обмотки, количества полюсов и постоянных L/R крутящий момент уменьшается в области высоких скоростей. Малое количество полюсов и малая индуктивность обмотки серводвигателей не создают высокого пускового момента, но позволяют им лучше поддерживать свой крутящий момент во всем диапазоне скоростей.

По определению, серводвигатель должен работать с управлением по замкнутому контуру, а шаговый двигатель обычно работает с управлением без обратной связи. Серводвигатель использует обратную связь для управления положением, скоростью или крутящим моментом двигателя. Шаговый двигатель получает команду двигаться в определенное место без обратной связи, но может потерять синхронность из-за перегрузки.

Добавление обратной связи для сохранения синхронизма усложняет конструкцию драйвера и увеличивает количество компонентов. В дополнение к генератору импульсов, фазорегулятору и полевому транзистору из типичной системы шагового двигателя, система серводвигателя также содержит счетчик положения ротора, преобразователь F/V, усилитель тока, усилитель скорости, усилитель положения и счетчик отклонения. Все эти компоненты необходимы для работы двигателя в ПИД-контуре, где драйвер постоянно вычисляет ошибки и регулирует пропорциональные/интегральные/дифференциальные коэффициенты для коррекции на лету. Вот почему серводвигатели дороже и требуют времени на обработку.

Наряду с замкнутой обратной связью также увеличивается отношение нагрузки к инерции ротора. Шаговый двигатель может выдерживать инерцию ротора примерно в 10 раз, а серводвигатель может выдерживать инерцию ротора в 100 раз. Для сравнения, шаговый двигатель с обратной связью может выдерживать 30-кратную инерцию ротора.

Шаговые двигатели работают без обратной связи, поэтому для их работы требуется меньше компонентов. Вот почему они более рентабельны. Серводвигатели требуют обратной связи и работают в ПИД-контуре, поэтому требуется больше компонентов.

В шаговых двигателях используется технология драйвера прерывателя тока, которая обеспечивает постоянную подачу тока независимо от нагрузки. Ток пропорционален температуре, поэтому рабочий цикл шагового двигателя должен быть ограничен примерно 50%. Серводвигатели обеспечивают более эффективное управление током, поскольку потребляют только тот ток, который им необходим. Одна вещь, в которой шаговый двигатель лучше, — это его способность генерировать удерживающий момент на нулевой скорости. Серводвигатели потребляют больше энергии для создания удерживающего момента.

Обратная связь с обратной связью также обеспечивает более эффективное управление током, что влияет на температуру двигателя и срок службы. На приведенном ниже графике мы отображаем повышение температуры в зависимости от рабочего цикла [%] двигателя. Обратите внимание, как повышается температура при рабочем режиме. Вот почему рабочий цикл должен быть ограничен для шаговых двигателей. Срок службы двигателя определяется сроком службы смазки подшипников, а срок службы смазки подшипников зависит от температуры.

Эффективное управление током также может привести к другим преимуществам производительности, таким как снижение уровня шума и вибрации. Кроме того, размер двигателей должным образом. Шаговые двигатели, как правило, больше вибрируют, если они имеют неправильный размер. Серводвигатели имеют тенденцию «рыскать» больше, если они неправильно подобраны или настроены.

Способность потреблять только необходимый ток является большим преимуществом систем серводвигателей, которые также могут помочь увеличить срок службы, снизить уровень шума для определенных приложений или снизить энергопотребление. Чтобы шаговый двигатель обеспечивал такое же эффективное управление током, необходимо замкнуть контур.

Чтобы помочь с выбором продукта, мы составили список различий между сервоприводами и шаговыми двигателями.