서보 모터와 스테퍼 모터의 차이점

서보 모터와 스테퍼 모터는 모두 위치, 속도 및 토크를 정밀하게 제어하기 위해 사용되는 일반적인 전기 구동 구성 요소입니다. 이들은 구조, 작동 원리 및 성능 특성 측면에서 근본적인 차이점을 가지고 있습니다.
I. 작동 원리 및 구조
서보 모터:
구조: 모터 본체(일반적으로 영구 자석 동기 모터), 고정밀 위치 센서(예: 인코더), 드라이브 컨트롤러로 구성되어 폐루프 시스템을 형성합니다.
작동 원리: 드라이버는 컨트롤러로부터 펄스 시퀀스와 방향 신호를 수신하고, 이를 기반으로 모터를 회전시킵니다. 모터 축 후단에 장착된 인코더는 로터의 위치와 속도를 실시간으로 감지하여 신호를 드라이버로 피드백합니다. 드라이버는 피드백 신호와 명령 신호를 비교하여 오차를 계산하고, 이 오차를 제거하도록 출력을 조정합니다.
스테퍼 모터:
구조: 모터 본체(스테이터에 다상 권선과 영구 자석 또는 반응형 코어 로터 포함)와 오픈루프 드라이버로 구성됩니다.
작동 원리: 드라이버는 펄스 신호를 수신하여 모터 각 상의 권선을 순차적으로 가 energize 하여, 로터가 일정한 각도(스텝 각)만큼 단계적으로 회전하게 합니다. 이 방식은 위치 피드백에 의존하지 않으며 오픈루프 제어입니다.
II. 제어 방법
서보 모터: 폐루프 제어가 사용됩니다. 시스템은 지속적으로 피드백을 수신하여 실시간으로 보정하며, 출력이 명령과 일치하도록 보장합니다.
스테퍼 모터: 개방 루프 제어를 채택합니다. 시스템에서 명령을 발행한 후에는 모터가 정확하게 실행되었다고 가정하며, 피드백 검증 메커니즘이 없습니다.
III. 성능 특성 비교
토크 특성:
서보 모터: 일정한 토크 출력 특성을 가지며, 정격 속도 범위 내에서 정격 토크를 출력할 수 있습니다. 과부하 능력도 갖추고 있어 일반적으로 짧은 시간 동안 정격 토크의 2~3배까지 출력할 수 있습니다.
스테퍼 모터: 회전 속도가 증가함에 따라 출력 토크가 급격히 감소합니다. 과부하 능력이 없으며, 부하 토크가 모터의 최대 유지 토크를 초과하면 이탈 현상이 발생합니다.
속도 범위 및 안정성:
서보 모터: 낮은 속도에 원활하게 작동하고, 높은 속도에 뛰어난 성능을 가지고 있으며, 1:5000 이상까지 넓은 속도 조정 범위를 가지고 있습니다.
스텝 모터: 낮은 속도에 진동에 유연하다. 고속에서는 토크가 빠르게 떨어지고 효과적인 작동 속도 범위는 상대적으로 좁습니다.
정확성 과 오류:
세르보 모터: 정확도는 인코더의 해상도에 달려 있습니다. 시스템 오류 (명령과 피드백 사이의 차이) 는 일시적이며 폐쇄 루프 시스템으로 실시간으로 수정됩니다. 누적 오류는 없습니다.
스텝 모터: 정확도는 모터의 스텝 각도에 따라 달라집니다. 누적 오류가 있습니다. 즉, 각 단계의 오류가 점차적으로 축적될 것입니다. 과부하가 되면, 엔진은 동기화를 잃게 되고, 그 결과 위치 오류가 발생합니다.
반응 성능:
서보 모터: 빠른 반응, 우수한 가속 성능, 빠른 시작/정지 및 동적 부하 변경을 요구하는 응용 프로그램에 적합합니다.
스테퍼 모터: 응답 속도가 느리고, 고속 구동 시 시작 능력이 낮으며 가속 시간이 길다.
진동 및 소음:
서보 모터: 저소음으로 부드럽게 작동하며 특히 저속에서 그 특성이 뛰어남.
스테퍼 모터: 고유의 진동과 소음 문제가 있으며 공진점 근처에서 특히 두드러진다.
IV. 활용 사례
서보 모터: 고정밀, 고속, 고동적 응답 및 토크 과부하가 필요한 응용 분야에 적합함. 예를 들어 산업용 로봇, CNC 기계, 고급 자동화 장비 및 항공우주 분야 등이 있음.
스테퍼 모터: 비용에 민감하고, 중저속, 안정적인 부하 조건에서 사용되며 부드러움에 대한 요구가 낮은 개방 루프 제어 응용 분야에 적합함. 예를 들어 3D 프린터, 데스크톱 CNC 기계, 스캐너 및 사무 자동화 장비 등이 있음.
V. 비용 및 복잡성
서보 모터: 시스템이 복잡하며(모터, 고해상도 인코더, 고급 드라이버 포함), 비용이 높음.
스테퍼 모터: 시스템이 단순하고 비용이 낮으며 설치 및 디버깅이 용이함.
선택은 성능, 정확도, 동적 응답 및 비용 측면에서 특정 애플리케이션의 전체 요구 사항에 따라 달라집니다.