스테퍼 모터와 서보 모터: 산업용 애플리케이션에 적합한 모터 선택 방법

스테퍼 모터와 서보 모터는 모두 중요합니다. 왜냐하면 많은 기계들이 단순한 회전보다는 제어된 움직임을 필요로 하기 때문입니다. 둘 다 모션 컨트롤 모터 기계를 이동시키는 데 사용되었지만 방법은 다릅니다. 

둘 중 어떻게 선택하시나요? 스테퍼 모터 vs 서보 모터? 

스테퍼 모터는 고정된 증분 또는 "단계"로 움직입니다. 반면 서보 모터는 피드백 제어를 사용하여 위치, 속도 및 토크를 지속적으로 보정합니다. 

둘 중 하나를 선택할 때는 비용, 정밀도, 속도, 토크 및 시운전에 걸리는 시간을 고려해야 합니다. 

이 가이드는 기계 엔지니어와 장비 설계자가 최적의 모터 유형을 선택할 수 있도록 각 모터 유형의 사양을 살펴봅니다. 

개루프 제어와 폐쇄루프 제어의 차이점은 무엇인가요?

비용이나 토크를 살펴보기 전에, 이러한 모터가 어떻게 제어되는지 이해하는 것이 매우 중요합니다. 스테퍼 모터와 서보 모터의 주요 차이점은 바로 이러한 설계 방식에서 비롯됩니다. 

스테퍼 모터: 개루프 모션 제어

스테퍼 모터는 일반적으로 1.8°의 고정된 각도 간격으로 스텝을 밟습니다. NEMA 스테퍼 모터. 일반적으로 사용되는 스테퍼 모터 프레임 유형은 NEMA 17, 23 및 34입니다. 스테퍼 모터 드라이버 모터에 펄스를 가하는 동안 모터 자체는 위치 정보를 받지 않고 스텝을 밟습니다.

개방 루프 제어는 시스템을 단순하고 저렴하게 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 부하가 걸린 상태에서 스테퍼 모터가 스텝을 놓쳤는지 감지할 수 있는 방법이 없습니다.

서보 모터: 폐루프 모션 제어

서보 모터는 엔코더와 연결되어 샤프트의 실제 위치를 지속적으로 보고합니다. 서보 모터 컨트롤러. 컨트롤러는 실제 위치와 명령된 위치를 비교하여 실시간으로 수정합니다.

이것 폐쇄 루프 이 아키텍처는 위치 손실 없이 가변 부하를 처리할 수 있습니다. 하지만 하드웨어(인코더, 피드백 배선)가 추가되고 시운전 중에 조정이 필요합니다.

스테퍼 모터와 서보 모터 중 어떤 것을 선택해야 할까요?

이 섹션에서는 두 제품 중 하나를 선택하는 데 도움이 되는 다섯 가지 기준에 대해 설명합니다. 스테핑 모터와 서보 모터의 차이점. 

1. 비용

스테퍼 모터는 초기 재료비가 저렴하다는 장점이 있습니다. 일반적으로 동일한 서보 모터 솔루션에 비해 30~50% 정도 저렴합니다. 

A 스테퍼 모터 드라이버 NEMA 23 스테퍼 모터와 함께 사용하면 훨씬 저렴합니다. 서보 모터 설정. 이 대안적인 서보 시스템에는 모터, 엔코더 및 ...이 필요합니다. 서보 모터 컨트롤러 동일한 토크 용량을 제공하기 위해.

하지만 스테퍼 모터의 단점 중 하나는 정지 상태에서도 정격 전류를 모두 소모한다는 것입니다. 기계의 수명 동안 이러한 높은 전력 소모는 특히 연속 작동 시 운영 비용을 증가시킵니다.

2. 정밀도와 정확도

표준 NEMA 스테퍼 모터 개방 루프 작동 시 ±0.005°의 스텝 정확도를 제공합니다. 이는 3D 프린터, 라벨 부착기 및 예측 가능한 부하가 발생하는 다양한 픽앤플레이스 작업과 같은 응용 분야에 적합합니다.

서보 모터는 엔코더 피드백 루프를 사용하여 위치 오차를 지속적으로 보정합니다. 로봇 공학이나 다축 CNC 가공과 같이 누적 오차를 허용할 수 없는 응용 분야에서는 서보 모터의 폐루프 제어가 필수적입니다.

스테퍼-서보 하이브리드 모터는 엔코더 피드백 회로와 표준 스테퍼 모터 설계를 결합한 좋은 절충안입니다.

3. 속도와 가속도

스테퍼 모터는 1,000RPM 이상에서 토크 성능이 매우 떨어집니다. 따라서 스테퍼 모터는 처리량이 많고 한 지점에서 다른 지점으로의 이동이 잦은 공정에는 권장되지 않습니다.

반면 서보 모터는 전체 속도 범위에 걸쳐 일정한 토크를 유지합니다. 일반적으로 5,000RPM 이상의 속도로 작동합니다.

4. 토크 특성

스테퍼 모터의 가장 큰 장점은 정지 상태에서 높은 유지 토크를 발휘한다는 것입니다. 예를 들어, 태양광 패널 추적기, 밸브 액추에이터, 분배 헤드 등을 사용할 때 스테퍼 모터는 파워 브레이크 없이도 효율적으로 위치를 유지합니다. 

반면, 서보 모터는 일정한 동적 토크를 유지하는 데 유리합니다. 로봇 관절처럼 하중이 변하는 경우나 CNC 스핀들처럼 절삭 중에 하중이 변하는 경우에도 서보 모터는 자동으로 적응합니다. 이를 통해 시스템은 항상 정확한 위치를 유지할 수 있습니다.

5. 시운전 및 통합 복잡성

스테퍼 모터 구동 시스템은 플러그 앤 플레이 방식입니다. PLC 또는 모션 제어 카드에서 나오는 기본적인 펄스/방향 신호만 있으면 됩니다. 엔코더 배선이나 PID 튜닝이 필요 없습니다.

서보 모터 컨트롤러는 엔코더 배선, 소프트웨어 파라미터 설정 및 PID 게인 튜닝이 필요합니다. 자동 튜닝 기능을 갖춘 최신 드라이브는 이러한 부담을 줄여주지만, 서보 모터 시운전은 여전히 유사한 스테퍼 모터 설정보다 더 많은 엔지니어 시간을 요구합니다.

다음은 사양 요약입니다. 

지멘스 3RT6023-1BB40

정격 전류: 9A
코일 전압: 24V DC
전봇대 개수: 3
보조 연락처: 1NO+1NC
정격 작동 전압: 230V
장착 유형: 나사 단자

제품 보기

각 모터의 일반적인 용도는 무엇입니까?

모터 사양을 확정하기 전에 아래 표를 참조하십시오. 적절한 선택은 각 축의 특정 부하 프로파일, 속도 요구 사항 및 예산에 따라 달라집니다. 

결론

그만큼 스테퍼 모터 vs 서보 모터 이 결정은 단 하나의 질문으로 귀결됩니다. 부하 변동폭은 얼마나 되며, 축은 얼마나 빠르게 움직여야 합니까? 

선택은 제어 아키텍처에도 달려 있습니다. 개방 루프 스테퍼 모터는 모터의 실제 위치를 확인하지 않고 명령만 실행합니다. 서보 모터는 본질적으로 폐쇄 루프 방식으로, 실시간 피드백을 사용하여 오류를 지속적으로 모니터링하고 수정합니다.

디자인 차이가 선택에 어떤 영향을 미치는지 아래에서 설명해 드리겠습니다.

• 저렴한 비용, 간단한 구조, 높은 유지 토크를 원한다면 스테퍼 모터를 선택하십시오. 이는 부하가 예측 가능하고 속도가 적당한 경우(예: 소형 자동화 또는 인덱싱)에 적합합니다.
• 빠른 응답 속도, 부드러운 움직임, 그리고 변화하는 부하 조건에서도 안정적인 정밀도를 제공하는 서보 모터를 선택하십시오. 이러한 특성 덕분에 서보 모터는 고속, 고성능 애플리케이션(예: CNC 기계)에 이상적입니다.

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