Rozdíl mezi servomotory a krokovými motory

Servomotory a krokové motory jsou oba běžné elektrické pohonné součásti, které se používají pro přesnou kontrolu polohy, rychlosti a točivého momentu. Mají zásadní rozdíly ve struktuře, principu fungování a vlastnostech výkonu.
I. Princip fungování a struktura
Servomotor:
Struktura: Skládá se z těla motoru (obvykle synchronní motor s permanentními magnety), senzoru polohy s vysokou přesností (například enkodéru) a řídicího regulátoru, čímž vytváří uzavřený systém.
Princip práce: Řídicí jednotka přijme sekvenci pulzů a směrový signál od regulátoru a ovládá tak otáčení motoru. Enkodér na zadní straně hřídele motoru detekuje polohu a rychlost rotoru v reálném čase a zpětně přenáší signály do řídicí jednotky. Ta porovnává zpětnou vazbu s příkazovým signálem, vypočítá chybu a upraví výstup tak, aby tuto chybu eliminovala.
Krokový motor:
Stavba: Sestává z těla motoru (se vícefázovými vinutími na statoru a rotorem s permanentním magnetem nebo reaktivním jádrem) a otevřené řídicí jednotky.
Princip práce: Řídicí jednotka přijímá pulzní signály a postupně napájí vinutí jednotlivých fází motoru, čímž způsobuje, že se rotor otáčí po pevně daných úhlech (krocích). Provoz se neopírá o zpětnou vazbu polohy a jedná se o řízení bez zpětné vazby.
II. Způsob řízení
Servomotor: Používá uzavřenou regulační smyčku. Systém nepřetržitě přijímá zpětnou vazbu pro reálné opravy, čímž zajišťuje, že výstup odpovídá příkazu.
Krokový motor: Využívá otevřenou regulační smyčku. Po vydání příkazu systém předpokládá, že motor přesně provedl požadavek, aniž by existoval mechanismus ověření zpětnou vazbou.
III. Porovnání provozních vlastností
Vlastnosti točivého momentu:
Servomotor: Má charakteristiku konstantního točivého momentu a může vyvíjet jmenovitý točivý moment v rámci jmenovitého rozsahu otáček. Navíc disponuje schopností přetížení a obvykle může krátkodobě vyvinout 2 až 3násobek jmenovitého točivého momentu.
Krokový motor: Výstupní točivý moment prudce klesá se zvyšujícími se otáčkami. Nemá schopnost přetížení. Jakmile zatěžovací moment překročí maximální udržovací moment motoru, dojde k odstavení.
Rozsah otáček a stabilita:
Servomotor: Plynule pracuje při nízkých otáčkách, má vynikající výkon při vysokých otáčkách a široký rozsah nastavení rychlosti, až nad 1:5000.
Krokový motor: Při nízkých otáčkách má sklon k vibracím. Při vysokých otáčkách se točivý moment rychle snižuje a efektivní provozní rozsah otáček je relativně úzký.
Přesnost a chyby:
Servomotor: Jeho přesnost závisí na rozlišení enkodéru. Chyba systému (rozdíl mezi příkazem a zpětnou vazbou) je přechodná a uzavřený systém ji opravuje v reálném čase. Kumulativní chyby nevznikají.
Krokový motor: Přesnost závisí na krokovém úhlu motoru. Existuje kumulativní chyba, což znamená, že chyba každého jednotlivého kroku se postupně hromadí. Při přetížení motor ztratí synchronizaci, což vede k chybám polohy.
Odezva:
Servomotor: Rychlá odezva, vynikající zrychlovací výkon, vhodný pro aplikace vyžadující rychlé startování/zastavování a změny dynamického zatížení.
Krokový motor: Pomalá odezva, špatná schopnost rozběhu při vysokých otáčkách a dlouhá doba zrychlení.
Vibrace a hluk:
Servomotor: Běží hladce s nízkou hlučností, zejména při nízkých otáčkách.
Krokový motor: Má vrozené problémy s vibracemi a hlukem, které jsou obzvláště patrné v blízkosti rezonančního bodu.
IV. Aplikační scénáře
Servomotor: Uplatnění v aplikacích vyžadujících vysokou přesnost, vysokou rychlost, vysokou dynamickou odezvu a přetížení točivého momentu. Příklady zahrnují průmyslové roboty, CNC stroje, vysoce výkonné automatické zařízení a odvětví leteckého a kosmického průmyslu.
Krokový motor: Uplatnění v nákladově citlivých aplikacích, středních až nízkých otáčkách, stabilním zatížení a scénářích s nízkými požadavky na plynulost v aplikacích s otevřenou smyčkou řízení. Příklady zahrnují 3D tiskárny, stolní CNC stroje, skenery a kancelářská automatická zařízení.
V. Náklady a složitost
Servomotor: Systém je složitý (včetně motoru, enkodéru s vysokým rozlišením a pokročilého řídícího modulu), náklady jsou vysoké.
Krokový motor: Jednoduchý systém, nízké náklady, snadná instalace a ladění.
Volba závisí na celkových požadavcích konkrétní aplikace na výkon, přesnost, dynamickou odezvu a náklady.