Het verschil tussen servomotoren en stappermotoren

Servomotoren en stappermotoren zijn beide gangbare elektrische aandrijfcomponenten die worden gebruikt voor nauwkeurige regeling van positie, snelheid en koppel. Ze hebben fundamentele verschillen in opbouw, werking en prestatiekenmerken.
I. Werking en opbouw
Servomotor:
Opbouw: Het bestaat uit het motorgedeelte (meestal een synchrone motor met permanente magneet), een hoogwaardige positioneersensor (zoals een encoder) en een stuurbesturing, waardoor een gesloten regelsysteem wordt gevormd.
Werkingsprincipe: de driver ontvangt de pulsreeks en richtingssignaal van de controller, en stuurt de motor aan om te roteren. De encoder aan het uiteinde van de motoras detecteert in real-time de positie en snelheid van de rotor en voert de signalen terug naar de driver. De driver vergelijkt het teruggestuurde signaal met het opdrachtssignaal, berekent de fout en past de uitvoer aan om deze fout te elimineren.
Stappenmotor:
Opbouw: Samengesteld uit het motorgedeelte (met multiphase wikkelingen op de stator en een rotor met permanente magneet of reactieve kern) en een open-loop driver.
Werkingsprincipe: de driver ontvangt pulssignalen en activeert hiermee sequentieel de wikkelingen van elke fase van de motor, waardoor de rotor stapsgewijs draait over een vaste hoek (stap-hoek). De werking is niet afhankelijk van positie-terugkoppeling en betreft een open-loop regeling.
II. Regelingsmethode
Servomotor: Er wordt gebruikgemaakt van gesloten lusregeling. Het systeem ontvangt voortdurend terugkoppeling voor realtime correctie, zodat de uitvoer overeenkomt met de opdracht.
Stapmotor: Het gebruikt een open lusregeling. Nadat het systeem een opdracht heeft gegeven, wordt aangenomen dat de motor deze nauwkeurig heeft uitgevoerd, zonder een mechanisme voor verificatie via terugkoppeling.
III. Vergelijking van prestatiekenmerken
Koppelkenmerken:
Servomotor: Deze heeft een constante koppelafgifte-karakteristiek en kan het nominale koppel leveren binnen het genormeerde toerentalbereik. Het heeft ook overbelastingsmogelijkheden en kan doorgaans gedurende een korte periode 2-3 keer het nominale koppel leveren.
Stapmotor: Het uitgangskoppel neemt sterk af naarmate het toerental toeneemt. Het beschikt niet over overbelastingsmogelijkheden. Zodra het lastkoppel het maximale vasthoudkoppel van de motor overschrijdt, treedt er lossing op.
Toerentalbereik en stabiliteit:
Servomotor: Werkt soepel bij lage snelheden, heeft uitstekende prestaties bij hoge snelheden en beschikt over een breed regeltraject, tot meer dan 1:5000.
Stapmotor: Is gevoelig voor trillingen bij lage snelheden. Bij hoge snelheden neemt het koppel snel af en is het effectieve bedrijfssnelheidsbereik relatief klein.
Nauwkeurigheid en fout:
Servomotor: De nauwkeurigheid hangt af van de resolutie van de encoder. Systeemfout (het verschil tussen het commando en de terugkoppeling) is tijdelijk en wordt in real time gecorrigeerd door het gesloten regelsysteem. Er is geen cumulatieve fout.
Stapmotor: De nauwkeurigheid hangt af van de staphoek van de motor. Er is een cumulatieve fout, wat betekent dat de fout per individuele stap geleidelijk zal oplopen. Tijdens overbelasting raakt de motor asynchronisatie kwijt, wat leidt tot positieafwijkingen.
Responsprestaties:
Servomotor: Snelle respons, uitstekende acceleratieprestaties, geschikt voor toepassingen die snelle start/stops en dynamische belastingsveranderingen vereisen.
Stappenmotor: Traag antwoord, slechte startcapaciteit bij hoge snelheid en lange versnellingstijd.
Trillingen en geluid:
Servomotor: Draait soepel met weinig geluid, vooral bij lage snelheden.
Stappenmotor: Krijgt van nature last van trillingen en geluid, wat vooral opvallend is in de buurt van het resonantiepunt.
IV. Toepassingsscenario's
Servomotor: Geschikt voor toepassingen die hoge precisie, hoge snelheid, hoog dynamisch antwoord en koppeloverbelasting vereisen. Voorbeelden zijn industriële robots, CNC-machines, geavanceerde automatiseringsapparatuur en de lucht- en ruimtevaartsector.
Stappenmotor: Geschikt voor kostengevoelige toepassingen met gemiddelde of lage snelheid, stabiele belasting en scenario's met geringe eisen aan gladheid in open-lusregeling. Voorbeelden zijn 3D-printers, desktop-CNC-machines, scanners en kantoorautomatiseringsapparatuur.
V. Kosten en complexiteit
Servomotor: Het systeem is complex (inclusief motor, hoogwaardige encoder en geavanceerde driver) en heeft een hoge kostenprijs.
Stappenmotor: Eenvoudig systeem, lage kosten, gemakkelijk te installeren en te debuggen.
De keuze hangt af van de algehele eisen van de specifieke toepassing op het gebied van prestaties, nauwkeurigheid, dynamisch gedrag en kosten.