Motore passo-passo vs. servomotore: come scegliere quello giusto per le applicazioni industriali

I motori passo-passo e i servomotori sono entrambi importanti perché molte macchine necessitano di un movimento controllato piuttosto che di una semplice rotazione. Entrambi sono controllo del movimento motori Vengono utilizzati per spostare le macchine, ma i metodi sono diversi. 

Come si sceglie tra motore passo-passo vs servomotore? 

I motori passo-passo si muovono a incrementi fissi o "passi". I servomotori, invece, utilizzano il controllo a feedback per correggere continuamente posizione, velocità e coppia. 

Nella scelta tra i due, è necessario considerare il costo, la precisione, la velocità, la coppia e i tempi di messa in servizio. 

Questa guida analizza le specifiche di ogni tipo di motore per aiutare gli ingegneri meccanici e i progettisti di apparecchiature a scegliere il tipo più adatto. 

Qual è la differenza tra controllo ad anello aperto e controllo ad anello chiuso?

Prima di analizzare costi o coppia, è fondamentale comprendere come vengono controllati questi motori. Le principali differenze tra un motore passo-passo e un servomotore derivano proprio da queste caratteristiche progettuali. 

Motori passo-passo: controllo del movimento ad anello aperto

Un motore passo-passo compie i suoi passi a intervalli angolari fissi, solitamente 1,8° per un normale passo-passo NEMA motore. I tipi di telaio dei motori passo-passo comunemente utilizzati sono NEMA 17, 23 e 34. Il driver per motore passo-passo Il sistema invia impulsi al motore, mentre il motore stesso compie un passo senza ricevere alcuna informazione sulla posizione.

Il controllo ad anello aperto contribuisce a mantenere il sistema semplice ed economico. Tuttavia, non esiste un modo per rilevare se il motore passo-passo ha perso un passo sotto carico.

Servomotori: controllo del movimento ad anello chiuso

Un servomotore si accoppia con un encoder che segnala continuamente la posizione effettiva dell'albero al controller del servomotore. Il controller confronta la posizione effettiva con quella comandata e la corregge in tempo reale.

Questo circuito chiuso L'architettura gestisce carichi variabili senza perdere la posizione. Tuttavia, aggiunge hardware (encoder, cablaggio di feedback) e richiede una messa a punto durante la fase di collaudo.

Come scegliere tra un motore passo-passo e un servomotore

Questa sezione discute le cinque dimensioni che ti aiuteranno a scegliere tra un motore passo-passo contro servomotore. 

1. Costo

I motori passo-passo offrono il vantaggio di un costo iniziale dei materiali ridotto. In genere, questo costo è inferiore di circa il 30-50% rispetto a una soluzione servoassistita equivalente. 

UN driver per motore passo-passo abbinato a un motore passo-passo NEMA 23 è considerevolmente più economico di un configurazione del servomotore. Questo sistema servo alternativo richiederebbe un motore, un encoder e un controller del servomotore per offrire la stessa capacità di coppia.

Tuttavia, uno svantaggio dei motori passo-passo è che assorbono la corrente nominale anche a riposo. Nell'arco dell'intero ciclo di vita di una macchina, questo elevato consumo energetico incide sui costi operativi, soprattutto in caso di funzionamento continuo.

2. Precisione e accuratezza

Lo standard passo-passo NEMA motore Offre una precisione di passo di ±0,005° in funzionamento ad anello aperto. Questo è adeguato per applicazioni come stampanti 3D, macchine etichettatrici e varie operazioni di prelievo e posizionamento con un carico prevedibile.

Un servomotore regola continuamente il proprio errore di posizione utilizzando il circuito di retroazione dell'encoder. Per le applicazioni che non possono tollerare errori cumulativi, come la robotica o la lavorazione CNC multiasse, il controllo ad anello chiuso del servomotore è essenziale.

I sistemi ibridi stepper-servo rappresentano un buon compromesso: un circuito di feedback con encoder combinato con il design standard di un motore passo-passo.

3. Velocità e accelerazione

I motori passo-passo hanno prestazioni molto scarse in termini di coppia oltre i 1.000 giri/minuto. Per questo motivo, non sono consigliati per processi che prevedono un'elevata produttività e spostamenti da un punto all'altro.

D'altro canto, i servomotori mantengono una coppia costante lungo tutto il loro intervallo di velocità. Solitamente operano a velocità superiori a 5.000 giri al minuto.

4. Caratteristiche di coppia

Il vantaggio principale di un motore passo-passo è la sua elevata coppia di mantenimento a riposo. Ad esempio, quando si utilizzano inseguitori solari, attuatori per valvole e teste di erogazione, i motori passo-passo mantengono la posizione in modo efficiente senza bisogno di un freno di potenza. 

D'altro canto, i servomotori offrono vantaggi in termini di coppia dinamica costante. Quando il carico varia durante il movimento, come nei giunti robotici con carichi variabili o nei mandrini CNC durante la fase di taglio, il servomotore si adatta automaticamente. Ciò garantisce che il sistema non perda mai la posizione.

5. Complessità di messa in servizio e integrazione

I sistemi di azionamento per motori passo-passo sono plug-and-play. È sufficiente un segnale di base a impulsi/direzione proveniente da un PLC o da una scheda di controllo del movimento. Nessun cablaggio dell'encoder, nessuna regolazione PID.

I controllori per servomotori richiedono il cablaggio dell'encoder, la parametrizzazione del software e la regolazione del guadagno PID. I moderni azionamenti con funzioni di auto-tuning riducono questo onere, ma la messa in servizio di un servomotore richiede comunque più tempo da parte dell'ingegnere rispetto a una configurazione comparabile con motore passo-passo.

Di seguito è riportato un riepilogo delle specifiche: 

Siemens 3RT6023-1BB40

Corrente nominale: 9A
Tensione della bobina: 24 V CC
Numero di poli: 3
Contatti ausiliari: 1NO+1NC
Tensione operativa nominale: 230V
Tipo di montaggio: Terminale a vite

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Quali sono le applicazioni più comuni per ciascun motore?

Utilizzate la tabella sottostante come riferimento prima di definire le specifiche del motore. La scelta corretta dipende dal profilo di carico specifico, dai requisiti di velocità e dal budget per ciascun asse: 

Conclusione

IL motore passo-passo vs servomotore La decisione si riduce a una sola domanda: quanto varia il carico e a quale velocità deve muoversi l'asse? 

La scelta dipende anche dall'architettura di controllo: i motori passo-passo ad anello aperto eseguono i comandi in modo automatico, senza mai verificare la posizione effettiva del motore. I servomotori, invece, sono intrinsecamente ad anello chiuso e utilizzano il feedback in tempo reale per monitorare e correggere costantemente gli errori.

Ecco come questa differenza di design influenza la tua scelta:

• Scegliete un motore passo-passo per il suo basso costo, la semplicità e l'elevata coppia di tenuta. Questa soluzione è ideale quando il carico è prevedibile e le velocità sono moderate (ad esempio, piccole automazioni o indicizzazione).
• Scegliete un servomotore per una risposta rapida, un movimento fluido e una precisione affidabile anche con carichi variabili. Questo lo rende ideale per applicazioni ad alta velocità e ad alte prestazioni (ad esempio, macchine CNC).

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