Trinnmotorer vs. Servomotorer

Velge mellom en servomotor og en trinnmotor kan være litt av en utfordring som involverer balansering av flere designfaktorer. Kostnadshensyn, dreiemoment, hastighet, akselerasjon og drivkretser spiller alle en rolle i å velge den beste motoren for din applikasjon. Vi har gjennomgått deres bruksområder og styrker for å hjelpe deg med å velge riktig motor for din applikasjon.

Overordnede funn

Trinn- og servomotorer er forskjellige på to viktige måter: deres grunnleggende konstruksjon og deres kontrollmidler. Begge gir rotasjonskraft for å bevege et system. Stepper har flere trinn, eller posisjoner motoren kan holde.

Samlet sett er servomotorer best for applikasjoner med høy hastighet og høyt dreiemoment. Utformingen av trinnmotoren gir et konstant holdemoment uten at motoren må drives. Dreiemomentet til en trinnmotor ved lave hastigheter er større enn en servomotor av samme størrelse. Servoer kan imidlertid oppnå en høyere totalhastighet.

Antall trinn: Trinnmotorer tilbyr mer variasjon

Trinnmotorer har vanligvis 50 til 100 magnetiske par nord- og sørpoler generert enten av en permanent magnet eller en elektrisk strøm. Til sammenligning har servomotorer færre poler, ofte 4 til 12 totalt.

Hver tilbyr et naturlig stopppunkt for motorakselen. Det større antallet stopp gjør at en trinnmotor kan bevege seg nøyaktig og presist mellom hver og lar den operere uten posisjonsfeedback for mange applikasjoner. Servomotorer krever ofte en roterende koder å holde styr på posisjonen til motorakselen, spesielt hvis den trenger å gjøre presise bevegelser.

Kjøremekanisme: Stepper er mer presise

Å kjøre en trinnmotor til en presis posisjon er mye enklere enn å kjøre en servomotor. Med en trinnmotor vil en enkelt drivpuls flytte motorakselen ett trinn, fra en pol til den neste. Siden trinnstørrelsen til en gitt motor er fast ved en viss rotasjonsmengde, er det å flytte til en presis posisjon et spørsmål om å sende riktig antall pulser.

Derimot leser servomotorer forskjellen mellom gjeldende koderposisjon og posisjonen de ble kommandert til og justerer strømmen som kreves for å flytte til riktig posisjon. Med dagens digital elektronikk, trinnmotorer er mye lettere å kontrollere enn servomotorer.

Ytelse: Servoer er bedre i høye hastigheter

For applikasjoner som krever høy hastighet og høyt dreiemoment, skinner servomotorer. Trinnmotorer topper rundt hastigheter på 2000 RPM, mens servomotorer er tilgjengelige mange ganger raskere. Servomotorer opprettholder også dreiemomentet ved høy hastighet, opptil 90 % av det nominelle dreiemomentet er tilgjengelig fra en servo med høy hastighet.

Servoer er mer effektive enn trinnmotorer, med effektiviteter mellom 80-90%. En servomotor kan levere omtrent det dobbelte av det nominelle dreiemomentet i korte perioder, og gir en brønn med kapasitet å trekke fra når det er nødvendig. I tillegg er servomotorer stillegående, tilgjengelig i AC og DC-stasjon, og ikke vibrerer eller lider av resonansproblemer.

Trinnmotorer mister en betydelig mengde av dreiemomentet når de nærmer seg maksimal førerhastighet. Et tap på 80 % av det nominelle dreiemomentet ved 90 % av maksimalhastigheten er typisk. Trinnmotorer er heller ikke like gode som servomotorer til å akselerere en last. Forsøk på å akselerere en last for raskt der stepperen ikke kan generere nok dreiemoment til å gå videre til neste trinn før neste drivpuls vil resultere i et hoppet trinn og et tap i posisjon.

Endelig dom

Å velge den beste motoren for din applikasjon avhenger av noen få viktige designkriterier for systemet ditt, inkludert kostnad, krav til posisjonsnøyaktighet, dreiemomentkrav, tilgjengelighet for drivkraft og akselerasjon krav.

Trinnmotorer er bedre egnet for applikasjoner med lavere akselerasjon og høyt holdemoment. Servomotorer er i stand til å levere mer kraft enn trinnmotorer, men krever mye mer komplekse drivkretser og posisjonsfeedback for nøyaktig posisjonering. De krever ofte girkasser, spesielt for drift med lavere hastighet. Kravet om girkasse og posisjonsgiver gjør servomotordesign mer mekanisk kompleks og øker vedlikeholdskravene til systemet.

Hvis posisjonsnøyaktighet er avgjørende, må enten belastningen på motoren aldri overskride dreiemomentet, eller stepperen må kombineres med en posisjonskoder for å sikre nøyaktighet. Trinnmotorer lider også av vibrasjons- og resonansproblemer. Ved visse hastigheter, delvis avhengig av lastdynamikken, a trinnmotor kan gå inn i resonans og ikke være i stand til å kjøre lasten. Dette resulterer i hoppet over trinn, motorstopp, overdreven vibrasjon og støy.