Η επιλογή ανάμεσα σε ένα σερβοκινητήρα και ένα βηματικό μοτέρ μπορεί να είναι μια μεγάλη πρόκληση που συνεπάγεται την εξισορρόπηση διαφόρων σχεδιαστικών παραγόντων. Οι εκτιμήσεις κόστους, η ροπή, η ταχύτητα, η επιτάχυνση και τα κυκλώματα οδήγησης παίζουν ρόλο στην επιλογή του καλύτερου κινητήρα για την εφαρμογή σας.
Βασικές διαφορές μεταξύ βηματικών και σερβοκινητήρων
Οι βηματικοί και σερβοκινητήρες διαφέρουν σε δύο βασικούς τρόπους, στη βασική τους κατασκευή και στον τρόπο με τον οποίο ελέγχονται. Οι βηματικοί κινητήρες έχουν μεγάλο αριθμό πόλων, μαγνητικά ζεύγη βόρειων και νότιων πόλων που παράγονται είτε από μόνιμο μαγνήτη είτε από ηλεκτρικό ρεύμα, τυπικά από 50 έως 100 πόλους. Σε σύγκριση, οι σερβοκινητήρες έχουν πολύ λίγους πόλους, συχνά 4 με 12 συνολικά. Κάθε πόλος προσφέρει ένα φυσικό σημείο στάσης για τον άξονα του κινητήρα. Ο μεγαλύτερος αριθμός πόλων επιτρέπει σε ένα βηματικό μοτέρ να μετακινείται με ακρίβεια και ακρίβεια μεταξύ κάθε πόλου και επιτρέπει τη λειτουργία ενός βηματικού σταθμού χωρίς ανατροφοδότηση θέσης για πολλές εφαρμογές. Οι σερβοκινητήρες απαιτούν συχνά έναν κωδικοποιητή θέσης για να παρακολουθούν τη θέση του άξονα του κινητήρα, ειδικά εάν απαιτούνται ακριβείς κινήσεις.
Η οδήγηση ενός βηματικού μοτέρ σε μια ακριβή θέση είναι πολύ απλούστερη από την οδήγηση σερβοκινητήρα. Με ένα βηματικό μοτέρ, ένας παλμός ενός μοτέρ θα μετακινήσει τον άξονα του κινητήρα ένα βήμα, από τον ένα πόλο στον επόμενο. Δεδομένου ότι το μέγεθος βήματος ενός δεδομένου κινητήρα είναι σταθερό σε μια ορισμένη ποσότητα περιστροφής, η μετάβαση σε μια ακριβή θέση είναι απλά θέμα αποστολής του σωστού αριθμού παλμών. Αντίθετα, οι σερβοκινητήρες διαβάσουν τη διαφορά μεταξύ της τρέχουσας θέσης του κωδικοποιητή και της θέσης στην οποία κλήθηκαν και μόνο του ρεύματος που απαιτείται για να μετακινηθεί στη σωστή θέση. Με τα ψηφιακά ηλεκτρονικά σήμερα, οι βηματικοί κινητήρες είναι πολύ πιο εύκολο να ελέγχονται από τους σερβοκινητήρες.
Πλεονεκτήματα Stepper
Οι βηματικοί κινητήρες προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα έναντι των σερβοκινητήρων πέρα από τον μεγαλύτερο αριθμό πόλων και ευκολότερο έλεγχο της κίνησης. Ο σχεδιασμός του βηματικού μοτέρ παρέχει μια συνεχή ροπή συγκράτησης χωρίς να απαιτείται η τροφοδοσία του κινητήρα. Η ροπή στρέψης ενός βηματικού κινητήρα σε χαμηλές ταχύτητες είναι μεγαλύτερη από ένα σερβοκινητήρα του ίδιου μεγέθους. Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα των βηματικών κινητήρων είναι το σχετικά χαμηλό κόστος και η διαθεσιμότητα τους.
Σέρβο πλεονεκτήματα
Για εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλή ταχύτητα και υψηλή ροπή στρέψης, οι σερβοκινητήρες λάμπουν. Οι βηματικοί κινητήρες κορυφώνουν γύρω από τις ταχύτητες των 2.000 σ.α.λ., ενώ οι σερβοκινητήρες είναι διαθέσιμοι πολλές φορές πιο γρήγορα. Οι σερβοκινητήρες διατηρούν επίσης την ταχύτητα ροπής τους σε υψηλή ταχύτητα, μέχρι και το 90% της ονομαστικής ροπής είναι διαθέσιμη από ένα σερβο με υψηλή ταχύτητα. Οι σερβοκινητήρες είναι επίσης πιο αποδοτικοί από τους βηματικούς κινητήρες με απόδοση μεταξύ 80-90%. Ένας σερβοκινητήρας μπορεί να τροφοδοτήσει περίπου δύο φορές την ονομαστική ροπή για σύντομες περιόδους, παρέχοντας ένα φρεάτιο ικανότητας να αντλεί από όταν χρειάζεται. Επιπλέον, οι σερβοκινητήρες είναι αρκετά, διατίθενται σε AC και DC drive και δεν δονούν ή υποφέρουν από προβλήματα συντονισμού.
Περιορισμοί Stepper
Για όλα τα πλεονεκτήματά τους, οι βηματικοί κινητήρες έχουν μερικούς περιορισμούς οι οποίοι μπορούν να προκαλέσουν σημαντικά προβλήματα εφαρμογής και λειτουργίας ανάλογα με την εφαρμογή σας. Οι βηματικοί κινητήρες δεν έχουν εφεδρική ισχύ. Στην πραγματικότητα, οι βηματικοί κινητήρες χάνουν ένα σημαντικό ποσό της ροπής τους καθώς πλησιάζουν τη μέγιστη ταχύτητα του οδηγού τους. Μία απώλεια 80% της ονομαστικής ροπής στο 90% της μέγιστης ταχύτητας είναι τυπική. Οι βηματικοί κινητήρες επίσης δεν είναι τόσο καλοί όσο οι σερβοκινητήρες στην επιτάχυνση του φορτίου. Προσπαθώντας να επιταχύνει ένα φορτίο πολύ γρήγορα όταν το βήμα δεν μπορεί να παράγει αρκετή ροπή για να μετακινηθεί στο επόμενο βήμα πριν από τον επόμενο παλμό οδήγησης θα οδηγήσει σε ένα βηματικό βήμα και μια απώλεια στη θέση. Εάν η ακρίβεια θέσης είναι απαραίτητη, είτε το φορτίο του κινητήρα δεν πρέπει ποτέ να υπερβαίνει τη ροπή του ή το βήμα πρέπει να συνδυαστεί με έναν κωδικοποιητή θέσης για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια θέσης. Οι βηματικοί κινητήρες υποφέρουν επίσης από προβλήματα κραδασμών και συντονισμού. Σε ορισμένες ταχύτητες, που εξαρτώνται εν μέρει από τη δυναμική του φορτίου, ένας βηματικός κινητήρας μπορεί να εισέλθει σε συντονισμό και να αδυνατεί να οδηγήσει το φορτίο.
Αυτό οδηγεί σε παραλείψεις βημάτων, σταλαντωμένους κινητήρες, υπερβολικούς κραδασμούς και θόρυβο.
Περιορισμοί σερβομηχανισμού
Οι σερβοκινητήρες είναι ικανοί να παράγουν περισσότερη ισχύ από τους βηματικούς κινητήρες, αλλά χρειάζονται πολύ πιο πολύπλοκα κυκλώματα οδήγησης και ανατροφοδότηση θέσης για ακριβή τοποθέτηση. Οι σερβοκινητήρες είναι επίσης πολύ πιο ακριβοί από τους βηματικούς κινητήρες και είναι συχνά πιο δύσκολο να βρεθούν. Οι σερβοκινητήρες απαιτούν συχνά κιβώτια ταχυτήτων, ειδικά για λειτουργία με χαμηλότερη ταχύτητα. Η απαίτηση για κιβώτιο κιβωτίου ταχυτήτων και κωδικοποιητή θέσης καθιστά τα μηχανήματα των σερβοκινητήρων περισσότερο μηχανικά πολύπλοκα και αυξάνουν τις απαιτήσεις συντήρησης για το σύστημα. Για να τα ξεπεράσετε όλα, οι σερβοκινητήρες είναι ακριβότεροι από τους βηματικούς κινητήρες πριν προσθέσετε το κόστος ενός κωδικοποιητή θέσης.
Περίληψη
Η επιλογή του καλύτερου κινητήρα για την εφαρμογή σας εξαρτάται από μερικά βασικά κριτήρια σχεδιασμού για το σύστημά σας, όπως κόστος, απαιτήσεις ακρίβειας θέσης, απαιτήσεις ροπής, διαθεσιμότητα ισχύος μετάδοσης κίνησης και απαιτήσεις επιτάχυνσης. Συνολικά, οι σερβοκινητήρες είναι καλύτεροι για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, υψηλής ροπής, ενώ οι βηματικοί κινητήρες είναι πιο κατάλληλοι για χαμηλότερη επιτάχυνση, εφαρμογές ροπής υψηλής συγκράτησης.