Η διαφορά μεταξύ των σερβοκινητήρων και των βηματικών κινητήρων

Οι σερβοκινητήρες και οι βηματικοί κινητήρες είναι και οι δύο συνηθισμένα ηλεκτρικά ενεργοποιητικά εξαρτήματα, που χρησιμοποιούνται για τον ακριβή έλεγχο θέσης, ταχύτητας και ροπής. Διαφέρουν ουσιωδώς ως προς τη δομή, την αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά απόδοσης.
I. Αρχή λειτουργίας και δομή
Σερβοκινητήρας:
Δομή: Αποτελείται από το σώμα του κινητήρα (συνήθως κινητήρας με μόνιμο μαγνήτη και σύγχρονη λειτουργία), έναν υψηλής ακρίβειας αισθητήρα θέσης (όπως κωδικοποιητής) και έναν ελεγκτή οδήγησης, δημιουργώντας έτσι ένα κλειστό σύστημα ανάδρασης.
Αρχή λειτουργίας: Ο οδηγός λαμβάνει την ακολουθία παλμών και το σήμα κατεύθυνσης από τον ελεγκτή και οδηγεί τον κινητήρα ώστε να περιστραφεί. Ο ενσωματωμένος κωδικοποιητής στο πίσω μέρος του άξονα του κινητήρα ανιχνεύει σε πραγματικό χρόνο τη θέση και την ταχύτητα του δρομέα και επιστρέφει τα σήματα στον οδηγό. Ο οδηγός συγκρίνει το σήμα ανάδρασης με το σήμα εντολής, υπολογίζει το σφάλμα και ρυθμίζει την έξοδο για να εξαλείψει αυτό το σφάλμα.
Βηματικός κινητήρας:
Δομή: Αποτελείται από το σώμα του κινητήρα (με πολυφασικά τυλίγματα στον δρομέα και δρομέα με μόνιμο μαγνήτη ή αντιδραστήριο πυρήνα) και έναν οδηγό ανοικτού βρόχου.
Αρχή λειτουργίας: Ο οδηγός λαμβάνει σήματα παλμών και διαδοχικά τροφοδοτεί με ρεύμα τα τυλίγματα κάθε φάσης του κινητήρα, προκαλώντας τη βηματική περιστροφή του δρομέα κατά μια σταθερή γωνία (γωνία βήματος). Η λειτουργία του δεν βασίζεται σε ανάδραση θέσης και αποτελεί έλεγχο ανοικτού βρόχου.
II. Μέθοδος ελέγχου
Κινητήρας Servo: Χρησιμοποιείται κλειστός βρόχος ελέγχου. Το σύστημα λαμβάνει συνεχώς ανατροφοδότηση για πραγματική διόρθωση χρόνου, διασφαλίζοντας ότι η έξοδος συμφωνεί με την εντολή.
Βηματικός κινητήρας: Χρησιμοποιεί ανοικτό βρόχο ελέγχου. Μετά την έκδοση εντολής από το σύστημα, υποθέτει ότι ο κινητήρας εκτέλεσε ακριβώς την εντολή, χωρίς μηχανισμό επαλήθευσης ανατροφοδότησης.
III. Σύγκριση Χαρακτηριστικών Απόδοσης
Χαρακτηριστικά Ροπής:
Κινητήρας Servo: Διαθέτει χαρακτηριστικό σταθερής ροπής και μπορεί να παράγει την ονομαστική ροπή στο εύρος της ονομαστικής ταχύτητας. Διαθέτει επίσης δυνατότητα υπερφόρτωσης και μπορεί συνήθως να παράγει 2-3 φορές την ονομαστική ροπή για σύντομο χρονικό διάστημα.
Βηματικός κινητήρας: Η ροπή εξόδου μειώνεται απότομα καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής. Δεν διαθέτει δυνατότητα υπερφόρτωσης. Εάν η ροπή φορτίου υπερβεί τη μέγιστη ροπή συγκράτησης του κινητήρα, θα προκληθεί αποσύζευξη.
Εύρος ταχύτητας και σταθερότητα:
Κινητήρας σερβο: Λειτουργεί ομαλά σε χαμηλές ταχύτητες, παρουσιάζει εξαιρετική απόδοση σε υψηλές ταχύτητες και διαθέτει ευρύ εύρος ρύθμισης ταχύτητας, έως και πάνω από 1:5000.
Βηματικός κινητήρας: Τείνει να δονείται σε χαμηλές ταχύτητες. Σε υψηλές ταχύτητες, η ροπή μειώνεται γρήγορα και το αποτελεσματικό εύρος λειτουργίας είναι σχετικά στενό.
Ακρίβεια και Σφάλμα:
Κινητήρας σερβο: Η ακρίβειά του εξαρτάται από την ανάλυση του κωδικοποιητή. Το σφάλμα του συστήματος (η διαφορά μεταξύ της εντολής και της ανάδρασης) είναι παροδικό και διορθώνεται σε πραγματικό χρόνο από το κλειστό κύκλωμα. Δεν υπάρχει συσσωρευτικό σφάλμα.
Βηματικός κινητήρας: Η ακρίβεια εξαρτάται από τη γωνία βήματος του κινητήρα. Υπάρχει συσσωρευτικό σφάλμα, πράγμα που σημαίνει ότι το σφάλμα κάθε επιμέρους βήματος συσσωρεύεται σταδιακά. Κατά την υπερφόρτωση, ο κινητήρας χάνει τη συγχρονισμένη λειτουργία, με αποτέλεσμα σφάλματα θέσης.
Απόδοση αντίδρασης:
Κινητήρας σερβο: Γρήγορη αντίδραση, εξαιρετική απόδοση επιτάχυνσης, κατάλληλος για εφαρμογές που απαιτούν γρήγορη εκκίνηση/στάση και δυναμικές αλλαγές φορτίου.
Κινητήρας βηματισμού: Αργή απόκριση, κακή ικανότητα εκκίνησης σε υψηλές ταχύτητες και μεγάλος χρόνος επιτάχυνσης.
Δόνηση και Θόρυβος:
Σερβοκινητήρας: Λειτουργεί ομαλά με χαμηλό θόρυβο, ειδικά σε χαμηλές ταχύτητες.
Κινητήρας βηματισμού: Έχει εν γένει προβλήματα δόνησης και θορύβου, τα οποία είναι ιδιαίτερα εμφανή κοντά στο σημείο συντονισμού.
IV. Σενάρια Εφαρμογής
Σερβοκινητήρας: Κατάλληλος για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια, υψηλή ταχύτητα, υψηλή δυναμική απόκριση και υπερφόρτωση ροπής. Παραδείγματα περιλαμβάνουν βιομηχανικούς ρομπότ, εξοπλισμό CNC, εξελιγμένον αυτοματοποιημένον εξοπλισμό και τομείς αεροδιαστημικής.
Κινητήρας βηματισμού: Κατάλληλος για εφαρμογές ευαίσθητες στο κόστος, με μέτρια-χαμηλή ταχύτητα, σταθερό φορτίο και χαμηλές απαιτήσεις ομαλότητας σε εφαρμογές ανοικτού βρόχου. Παραδείγματα περιλαμβάνουν εκτυπωτές 3D, επιτραπέζιους εξοπλισμούς CNC, σαρωτές και εξοπλισμό αυτοματισμού γραφείου.
V. Κόστος και Πολυπλοκότητα
Σερβοκινητήρας: Το σύστημα είναι πολύπλοκο (περιλαμβάνει τον κινητήρα, κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης και προηγμένο οδηγό) και το κόστος είναι υψηλό.
Κινητήρας βηματισμού: Απλό σύστημα, χαμηλό κόστος, εύκολη εγκατάσταση και διόρθωση.
Η επιλογή εξαρτάται από τις συνολικές απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής όσον αφορά την απόδοση, την ακρίβεια, τη δυναμική απόκριση και το κόστος.