Різниця між сервомоторами та кроковими двигунами

Сервомотори та крокові двигуни є поширеними електричними виконавчими компонентами, які використовуються для точного керування положенням, швидкістю та моментом. Вони мають принципові відмінності у конструкції, принципі роботи та характеристиках продуктивності.
І. Принцип роботи та конструкція
Сервомотор:
Конструкція: складається з корпусу двигуна (зазвичай синхронного двигуна з постійним магнітом), датчика положення високої точності (наприклад, енкодера) та контролера приводу, утворюючи замкнену систему.
Принцип роботи: Драйвер отримує від контролера послідовність імпульсів та сигнал напрямку і приводить у рух двигун. Енкодер на задньому кінці вала двигуна в реальному часі визначає положення та швидкість ротора і передає сигнали назад у драйвер. Драйвер порівнює зворотний сигнал із командним, обчислює похибку та коригує вихідний сигнал для усунення цієї похибки.
Кроковий двигун:
Будова: Складається з корпусу двигуна (з багатофазними обмотками на статорі та ротором із постійного магніту або реактивним осердям) та драйвера розімкненого контуру.
Принцип роботи: Драйвер отримує імпульсні сигнали та послідовно підключає обмотки кожної фази двигуна, змушуючи ротор обертатися кроками на певний кут (кут кроку). Його робота не ґрунтується на зворотному зв'язку за положенням і є керуванням за розімкненим контуром.
II. Метод керування
Сервомотор: Використовується замкнене керування. Система безперервно отримує зворотний зв'язок для корекції в режимі реального часу, забезпечуючи відповідність виходу заданій команді.
Кроковий двигун: Використовується розімкнене керування. Після видачі системою команди передбачається, що двигун точно її виконав, без механізму перевірки за зворотним зв'язком.
III. Порівняння експлуатаційних характеристик
Характеристики обертального моменту:
Сервомотор: Має характеристику постійного обертального моменту та може видає номінальний момент у межах номінального діапазону швидкостей. Також має здатність до перевантаження і зазвичай може короткочасно видає 2-3 рази номінальний момент.
Кроковий двигун: Обертальний момент різко знижується зі зростанням частоти обертання. Не має здатності до перевантаження. Якщо момент навантаження перевищує максимальний утримувальний момент двигуна, виникає відставання кроків.
Діапазон швидкостей і стабільність:
Сервомотор: працює плавно на низьких швидкостях, має відмінні характеристики на високих швидкостях і широкий діапазон регулювання швидкості, до більш ніж 1:5000.
Кроковий двигун: схильний до вібрації на низьких швидкостях. На високих швидкостях крутний момент швидко знижується, а ефективний діапазон робочих швидкостей порівняно вузький.
Точність і похибка:
Сервомотор: його точність залежить від роздільної здатності енкодера. Системна похибка (різниця між командою та зворотним зв'язком) є тимчасовою і буде виправлена в реальному часі завдяки системі замкнутого циклу. Кумулятивних похибок немає.
Кроковий двигун: точність залежить від кута кроку двигуна. Існує кумулятивна похибка, тобто похибка кожного окремого кроку буде поступово накопичуватися. Під час перевантаження двигун втрачає синхронізацію, що призводить до помилок позиціонування.
Швидкодія:
Сервомотор: швидка реакція, відмінні характеристики прискорення, підходить для застосувань, де потрібні швидкі пуск/зупинка та зміни динамічного навантаження.
Кроковий двигун: повільна реакція, погана здатність до запуску на високих швидкостях і тривалий час прискорення.
Вібрація та шум:
Сервопривід: працює плавно з низьким рівнем шуму, особливо на низьких швидкостях.
Кроковий двигун: має власну вібрацію та шум, які особливо помітні поблизу резонансної точки.
IV. Сценарії застосування
Сервопривід: підходить для застосувань, що вимагають високої точності, високої швидкості, високої динамічної відповіді та перевантаження за крутним моментом. Наприклад, промислові роботи, верстати з ЧПУ, високопродуктивне автоматизоване обладнання та галузі аерокосмічної техніки.
Кроковий двигун: підходить для застосувань із чутливістю до вартості, середніх і низьких швидкостей, стабільного навантаження та сценаріїв із низькими вимогами до плавності в системах управління розімкнутого типу. Наприклад, 3D-принтери, настільні верстати з ЧПУ, сканери та офісне автоматизоване обладнання.
V. Вартість та складність
Сервопривід: система складна (включає двигун, енкодер з високою роздільною здатністю та передовий привід), вартість висока.
Кроковий двигун: проста система, низька вартість, легко встановлювати та налаштовувати.
Вибір залежить від загальних вимог конкретного застосування щодо продуктивності, точності, динамічної відповіді та вартості.