Разликата между серво мотори и стъпкови мотори

Серво моторите и стъпковите мотори са два вида често срещани електрически изпълнителни компоненти, използвани за прецизен контрол на позицията, скоростта и въртящия момент. Те имат основни различия по отношение на конструкцията, принципа на работа и експлоатационните характеристики.
I. Принцип на работа и конструкция
Серво мотор:
Конструкция: Състои се от двигател (обикновено синхронен двигател с постоянни магнити), високоточен датчик за позиция (като енкодер) и контролер на задвижването, като формира затворена система.
Принцип на работа: Драйверът получава импулсна последователност и сигнал за посока от контролера и задвижва мотора да се върти. Енкодерът в задната част на моторната ос детектира позицията и скоростта на ротора в реално време и изпраща сигналите обратно към драйвера. Драйверът сравнява обратния сигнал с командния сигнал, изчислява грешката и коригира изхода, за да елиминира тази грешка.
Стъпков мотор:
Структура: Състои се от моторно тяло (с многофазни намотки на статора и ротор с постоянен магнит или реактивно ядро) и драйвер с отворена верига.
Принцип на работа: Драйверът получава импулсни сигнали и последователно захранва намотките на всяка фаза на мотора, което кара ротора да се върти стъпка по стъпка на фиксиран ъгъл (стъпков ъгъл). Работата му не зависи от позиционно обратно свързване и представлява управление с отворена верига.
II. Метод на управление
Серво мотор: Използва се затворен контур за управление. Системата непрекъснато получава обратна връзка за реално време коригиране, осигурявайки изход, съответстващ на командата.
Стъпков мотор: Използва се отворен контур за управление. След като системата изпрати команда, се предполага, че двигателят я е изпълнил точно, без механизм за проверка чрез обратна връзка.
III. Сравнение на експлоатационните характеристики
Характеристики на въртящия момент:
Серво мотор: Има постоянна характеристика на въртящ момент и може да извежда номиналния въртящ момент в диапазона на номиналната скорост. Разполага и с възможност за претоварване и обикновено може кратко време да изведе 2-3 пъти номиналния въртящ момент.
Стъпков мотор: Въртящият момент намалява рязко с увеличаване на обороите. Няма възможност за претоварване. Ако товарният момент надвиши максималния задържащ момент на мотора, ще се получи изместване.
Диапазон на скоростта и стабилност:
Серво мотор: Работи плавно при ниски скорости, има отлични параметри при високи скорости и разполага с широк диапазон за регулиране на скоростта, достигащ над 1:5000.
Стъпков мотор: Склонен е към вибрации при ниски скорости. При високи скорости моментът бързо намалява и ефективният работен диапазон на скоростта е сравнително ограничен.
Точност и грешка:
Серво мотор: Неговата точност зависи от резолюцията на енкодера. Системната грешка (разликата между командата и обратната връзка) е преходна и винаги се коригира в реално време от затворената система. Не съществува натрупване на грешка.
Стъпков мотор: Точността зависи от ъгъла на стъпката на мотора. Има натрупване на грешка, което означава, че грешката на всяка отделна стъпка постепенно се натрупва. При претоварване моторът губи синхронизация, което води до грешки в позицията.
Режим на отклик:
Серво мотор: Бърз отклик, отлично ускорение, подходящ за приложения, изискващи бързо стартиране/спиране и динамични промени на натоварването.
Стъпков двигател: Малка скорост на реакция, слаба способност за старт при високи скорости и дълго време за ускорение.
Вибрации и шум:
Серво двигател: Работи плавно с ниско ниво на шум, особено при ниски скорости.
Стъпков двигател: Има вградени проблеми с вибрации и шум, които са особено забележими в близост до резонансната точка.
IV. Сценарии на приложение
Серво двигател: Подходящ за приложения, изискващи висока прецизност, висока скорост, висок динамичен отговор и възможност за претоварване по момент. Примери включват промишлени роботи, CNC машини, висококачествено автоматизирано оборудване и аерокосмическа индустрия.
Стъпков двигател: Подходящ за приложения с ограничения бюджет, средни и ниски скорости, постоянен товар и ниски изисквания към плавността при системи с отворен контур. Примери включват 3D принтери, настолни CNC машини, скенери и офисно автоматизирано оборудване.
V. Стоимост и сложност
Серво двигател: Системата е сложна (включваща двигателя, енкодер с висока резолюция и напреднал драйвер) и има висока цена.
Стъпков двигател: Проста система, ниска цена, лесна за монтаж и настройка.
Изборът зависи от общите изисквания на конкретното приложение относно производителност, точност, динамичен отговор и разходи.