Шаговый двигатель против серводвигателя: как сделать правильный выбор для промышленного применения

Шаговые двигатели и серводвигатели важны, поскольку многим машинам требуется контролируемое движение, а не просто вращение. Оба типа двигателей имеют важное значение. управление движением моторы Используется для перемещения машин, но методы другие. 

Как сделать выбор между шаговый двигатель против серводвигателя? 

Шаговые двигатели перемещаются с фиксированными приращениями или “шагами”. В свою очередь, серводвигатели используют обратную связь для непрерывной коррекции положения, скорости и крутящего момента. 

При выборе между ними необходимо учитывать стоимость, точность, скорость, крутящий момент, а также время, необходимое для ввода в эксплуатацию. 

В этом руководстве рассматриваются технические характеристики каждого типа двигателей, чтобы помочь инженерам-механикам и конструкторам оборудования выбрать оптимальный вариант. 

В чём разница между разомкнутым и замкнутым контуром управления?

Прежде чем рассматривать стоимость или крутящий момент, крайне важно понять, как управляются эти двигатели. Основные различия между шаговым двигателем и серводвигателем заключаются в их конструкции. 

Шаговые двигатели: управление движением с разомкнутым контуром

Шаговый двигатель совершает шаги с фиксированными угловыми интервалами, обычно 1,8° для обычного двигателя. Шаговый двигатель NEMA Двигатель. Наиболее распространенные типы корпусов шаговых двигателей — NEMA 17, 23 и 34. драйвер шагового двигателя Двигатель подает импульсы, в то время как сам двигатель совершает шаг, не получая никакой информации о положении.

Управление с разомкнутым контуром помогает сделать систему простой и недорогой. Тем не менее, отсутствует возможность обнаружения пропуска шага шаговым двигателем под нагрузкой.

Сервомоторы: управление движением с обратной связью

Сервомотор работает в паре с энкодером, который непрерывно передает фактическое положение вала обратно на устройство. контроллер сервомотора. Контроллер сравнивает фактическое положение с заданным и корректирует его в режиме реального времени.

Этот замкнутый контур Архитектура позволяет справляться с переменными нагрузками без потери позиционирования. Однако она требует добавления аппаратных средств (энкодера, проводки обратной связи) и настройки в процессе ввода в эксплуатацию.

Как выбрать между шаговым двигателем и серводвигателем

В этом разделе рассматриваются пять аспектов, которые помогут вам сделать выбор между... Шаговый двигатель против сервопривода. 

1. Расходы

Преимуществом шаговых двигателей является снижение первоначальной стоимости материалов. Как правило, она примерно на 30–501 тыс. долларов ниже по сравнению с аналогичным сервоприводом. 

А драйвер шагового двигателя В паре с шаговым двигателем NEMA 23 это значительно дешевле, чем настройка сервомотора. Для этой альтернативной сервосистемы потребуется двигатель, энкодер и контроллер сервомотора обеспечить одинаковую крутящую способность.

Однако одним из недостатков шаговых двигателей является то, что в состоянии покоя они потребляют номинальный ток. На протяжении всего срока службы машины такое высокое энергопотребление увеличивает эксплуатационные расходы, особенно при непрерывной работе.

2. Точность и аккуратность

Стандарт Шаговый двигатель NEMA мотор Обеспечивает точность шага ±0,005° в режиме разомкнутого контура. Этого достаточно для таких применений, как 3D-принтеры, маркировочные машины и различные операции захвата и перемещения с предсказуемой нагрузкой.

Сервомотор непрерывно корректирует ошибку позиционирования, используя контур обратной связи энкодера. Для применений, где недопустимы кумулятивные ошибки, таких как робототехника или многоосевая обработка на станках с ЧПУ, замкнутая система управления сервомотором имеет важное значение.

Гибридные двигатели, сочетающие шаговый и сервопривод, представляют собой хороший компромисс: схема обратной связи энкодера в сочетании со стандартной конструкцией шагового двигателя.

3. Скорость и ускорение

Шаговые двигатели обладают очень низким крутящим моментом при частоте вращения выше 1000 об/мин. По этой причине шаговые двигатели не рекомендуются для процессов, требующих большой производительности и перемещения из одной точки в другую.

С другой стороны, серводвигатели поддерживают постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей. Обычно они работают со скоростью более 5000 об/мин.

4. Характеристики крутящего момента

Главное преимущество шагового двигателя — высокий удерживающий момент в состоянии покоя. Например, при использовании трекеров солнечных панелей, приводов клапанов и дозирующих головок шаговые двигатели эффективно удерживают положение без силового тормоза. 

С другой стороны, серводвигатели обладают преимуществом, когда речь идёт о стабильном динамическом крутящем моменте. Когда нагрузка изменяется во время движения, например, в роботизированных шарнирах с изменяющейся полезной нагрузкой или в шпинделях станков с ЧПУ во время резки, сервопривод автоматически адаптируется. Это гарантирует, что система никогда не потеряет положение.

5. Сложности ввода в эксплуатацию и интеграции

Системы управления шаговыми двигателями работают по принципу «подключи и работай». Для управления достаточно базового импульсного/направленного сигнала от ПЛК или платы управления движением. Не требуется проводка энкодера, не нужно настраивать ПИД-регулятор.

Для управления сервомоторами требуется подключение энкодера, программная параметризация и настройка коэффициентов ПИД-регулятора. Современные приводы с функциями автоматической настройки снижают эту нагрузку, но ввод в эксплуатацию сервомотора по-прежнему занимает больше времени у инженера, чем аналогичная установка с шаговым двигателем.

Ниже приведено краткое описание технических характеристик: 

Сименс 3RT6023-1BB40

Номинальный ток: 9А
Напряжение катушки: 24 В постоянного тока
Количество полюсов: 3
Вспомогательные контакты: 1НО+1НЗ
Номинальное рабочее напряжение: 230 В
Тип крепления: Винтовой зажим

Просмотреть продукт

В каких областях применения обычно используется каждый из этих двигателей?

Перед окончательным выбором двигателя используйте приведенную ниже таблицу в качестве справочного материала. Правильный выбор зависит от конкретного профиля нагрузки, требуемой скорости и бюджета для каждой оси: 

Заключение

The шаговый двигатель против сервопривода Решение сводится к одному вопросу: насколько сильно меняется ваша нагрузка и с какой скоростью должна перемещаться ваша ось? 

Ваш выбор также зависит от архитектуры управления: шаговые двигатели с разомкнутым контуром выполняют команды вслепую, никогда не проверяя фактическое положение двигателя. Серводвигатели по своей природе имеют замкнутый контур управления, используя обратную связь в реальном времени для постоянного мониторинга и коррекции ошибок.

Вот как это различие в дизайне влияет на ваш выбор:

• Выбирайте шаговый двигатель, если вам важна низкая стоимость, простота и высокий удерживающий момент. Это актуально, когда нагрузка предсказуема, а скорость умеренная (например, в небольших автоматизированных системах или системах индексации).
• Выбирайте сервомотор для быстрого отклика, плавного движения и надежной точности при изменяющихся нагрузках. Это делает его идеальным для высокоскоростных и высокопроизводительных применений (например, в станках с ЧПУ).

Компания SimplyBuyGlobal имеет сертификат ISO 9001:2015. управление движением Мы занимаемся поиском поставщиков для B2B-трейдеров, OEM-производителей и производителей оборудования. Сотрудничая с проверенными заводами, мы обеспечиваем поставки надежной продукции. Шаговые двигатели NEMA, контроллеры сервомоторов, драйверы шаговых двигателей, а также гибридные конфигурации без рисков, связанных с серым рынком. 

В случаях, когда сроки поставки запчастей длительны, наша инженерная команда в течение 24 часов поставляет аналоги от других производителей с соответствующими характеристиками.