Forskellen mellem servomotorer og steppermotorer

Servomotorer og steppermotorer er begge almindelige elektriske aktuatorer, der bruges til præcis kontrol af position, hastighed og drejningsmoment. De har grundlæggende forskelle i opbygning, funktionsprincip og ydelsesegenskaber.
I. Funktionsprincip og opbygning
Servomotor:
Opbygning: Den består af motoren (typisk en permanentmagnetisk synkronmotor), en højpræcisions positionsføler (såsom en encoder) og en driverstyring, hvilket danner et lukket system.
Funktionsprincip: Driveren modtager pulssekvensen og retningssignalet fra styreenheden og driver motoren til at rotere. Enkoderen i bagsiden af motorakslen registrerer rotorens position og hastighed i realtid og sender signalerne tilbage til driveren. Driveren sammenligner feedback-signalet med kommandosignalet, beregner fejlen og justerer outputtet for at eliminere denne fejl.
Stepmotor:
Opbygning: Består af motorlegemet (med flerfasede viklinger på statoren og en permanentmagnetisk eller reaktiv kerne-rotor) og en åben-loops driver.
Funktionsprincip: Driveren modtager pulssignaler og aktiverer sekventielt viklingerne i hver fase af motoren, hvorved rotoren roterer trinvist med en fast vinkel (trinvinkel). Driftsformen er uden brug af positionsfeedback og er en åben-loops styring.
II. Styringsmetode
Servomotor: Der anvendes lukket sløjfe-styring. Systemet modtager løbende feedback til realtidskorrektion, hvorved output sørger for at følge kommandoen.
Trinmotor: Den anvender åben sløjfe-styring. Når systemet udsender en kommando, antages det, at motoren nøjagtigt har udført den, uden mekanisme til feedback-verifikation.
III. Sammenligning af ydelsesegenskaber
Drejmomentegenskaber:
Servomotor: Har en konstant drejmomentydelsesegenskab og kan levere det nominelle drejmoment inden for det nominelle hastighedsområde. Den har også overbelastningskapacitet og kan typisk i kortere perioder levere 2-3 gange det nominelle drejmoment.
Trinmotor: Drejmomentydelsen falder hurtigt, når omdrejningstallet stiger. Mangler overbelastningskapacitet. Hvis belastningsmomentet overstiger motorens maksimale fastholdningsmoment, vil det medføre tab af trin.
Hastighedsområde og stabilitet:
Servomotor: Fungerer jævnt ved lave hastigheder, har fremragende ydelse ved høje hastigheder og har et bredt hastighedsjusteringsområde, op til over 1:5000.
Trinmotor: Er tilbøjelig til vibration ved lave hastigheder. Ved høje hastigheder falder momentet hurtigt, og det effektive driftsområde er relativt snævert.
Nøjagtighed og fejl:
Servomotor: Dens nøjagtighed afhænger af opløsningen på enkoderen. Systemfejl (forskellen mellem kommando og feedback) er midlertidig og vil blive korrigeret i realtid af det lukkede system. Der er ingen kumulativ fejl.
Trinmotor: Nøjagtigheden afhænger af motorstørrelsen for trinvinklen. Der er en kumulativ fejl, hvilket betyder, at fejlen for hvert enkelt trin gradvist vil akkumulere. Under overbelastning vil motoren miste synkronisering, hvilket resulterer i positionsfejl.
Reaktionsydelse:
Servomotor: Hurtig respons, fremragende accelerationsevne, velegnet til applikationer, der kræver hurtig start/sluk og dynamiske belastningsændringer.
Stepmotor: Langsom respons, dårlig evne til hurtig opstart ved høj hastighed og lang accelerationsperiode.
Vibration og støj:
Servomotor: Kører jævnt med lav støj, især ved lave hastigheder.
Stepmotor: Har indbyggede vibrations- og støjsproblemer, som er særligt tydelige nær resonanspunktet.
IV. Anvendelsesscenarier
Servomotor: Velegnet til applikationer, der kræver høj præcision, høj hastighed, høj dynamisk respons og momentoverbelastning. Eksempler inkluderer industrirobotter, CNC-maskiner, high-end automatiseringsudstyr og rumfartsområder.
Stepmotor: Velegnet til omkostningssensitive, medium-lavhastighedsapplikationer med stabil belastning og scenarier med lave krav til jævnhed i åben-loopsystemer. Eksempler inkluderer 3D-printere, skrivebords-CNC-maskiner, scannere og kontorautomationsudstyr.
V. Omkostninger og kompleksitet
Servomotor: Systemet er komplekst (inklusive motor, højopløselig encoder og avanceret driver) og har høje omkostninger.
Stepmotor: Enkelt system, lav omkostning, nem installation og fejlfinding.
Valget afhænger af de samlede krav til den specifikke applikations ydeevne, nøjagtighed, dynamiske respons og omkostninger.