Die Auswahl zwischen einem Servomotor und einem Schrittmotor kann eine Herausforderung sein, wenn mehrere Konstruktionsfaktoren miteinander in Einklang gebracht werden. Bei der Auswahl des besten Motors für Ihre Anwendung spielen Kostenbetrachtung, Drehmoment, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Antriebsschaltung eine Rolle.
Grundlegende Unterschiede zwischen Schrittmotoren und Servomotoren
Schritt- und Servomotoren unterscheiden sich in zwei wesentlichen Punkten, in ihrem grundlegenden Aufbau und in ihrer Steuerung. Schrittmotoren haben eine große Anzahl von Polen, magnetische Paare von Nord- und Südpolen, die entweder durch einen Permanentmagneten oder durch elektrischen Strom erzeugt werden, typischerweise 50 bis 100 Pole. Im Vergleich dazu haben Servomotoren sehr wenige Pole, oft insgesamt 4 bis 12. Jeder Pol bietet einen natürlichen Haltepunkt für die Motorwelle. Durch die größere Anzahl von Polen kann sich ein Schrittmotor genau und präzise zwischen den einzelnen Polen bewegen, und der Schrittmotor kann für viele Anwendungen ohne Positionsrückmeldung betrieben werden. Servomotoren erfordern häufig einen Positionsgeber, um die Position der Motorwelle zu verfolgen, insbesondere wenn präzise Bewegungen erforderlich sind.
Das Fahren eines Schrittmotors in eine exakte Position ist viel einfacher als das Antreiben eines Servomotors. Bei einem Schrittmotor bewegt ein einzelner Antriebsimpuls die Motorwelle einen Schritt von einem Pol zum nächsten. Da die Schrittgröße eines bestimmten Motors auf einen bestimmten Drehbetrag festgelegt ist, müssen Sie nur die richtige Anzahl von Impulsen senden. Im Gegensatz dazu lesen Servomotoren die Differenz zwischen der aktuellen Geberposition und der Position, zu der sie befohlen wurden, und nur dem Strom, der zum Anfahren der korrekten Position erforderlich ist. Mit der heutigen digitalen Elektronik lassen sich Schrittmotoren wesentlich einfacher steuern als Servomotoren.
Stepper Vorteile
Schrittmotoren bieten gegenüber Servomotoren über die größere Anzahl von Polen hinaus einige Vorteile und eine einfachere Antriebssteuerung. Die Konstruktion des Schrittmotors sorgt für ein konstantes Haltemoment, ohne dass der Motor angetrieben werden muss. Das Drehmoment eines Schrittmotors ist bei niedrigen Drehzahlen größer als bei einem Servomotor gleicher Größe. Einer der größten Vorteile von Schrittmotoren ist deren relativ geringe Kosten und Verfügbarkeit.
Servo-Vorteile
Für Anwendungen, bei denen eine hohe Geschwindigkeit und ein hohes Drehmoment erforderlich sind, glänzen Servomotoren. Schrittmotoren erreichen Spitzengeschwindigkeiten von 2.000 U / min, Servomotoren sind um ein Vielfaches schneller. Servomotoren behalten auch bei hohen Drehzahlen ihr Drehmoment bei, bei hohen Drehzahlen stehen bis zu 90% des Nenndrehmoments von einem Servo zur Verfügung. Servomotoren sind auch effizienter als Schrittmotoren mit Wirkungsgraden zwischen 80 und 90%. Ein Servomotor kann kurzzeitig etwa das doppelte seines Nenndrehmoments liefern und bietet so eine Kapazität, aus der er bei Bedarf ziehen kann. Darüber hinaus sind Servomotoren leise, in AC- und DC-Antrieben erhältlich und vibrieren nicht und leiden nicht unter Resonanzproblemen.
Stepper-Einschränkungen
Bei allen Vorteilen haben Schrittmotoren einige Einschränkungen, die je nach Anwendung erhebliche Implementierungs- und Betriebsprobleme verursachen können. Schrittmotoren haben keine Reserveleistung. In der Tat verlieren Schrittmotoren ein beträchtliches Maß an Drehmoment, wenn sie sich der maximalen Fahrgeschwindigkeit nähern. Ein Verlust von 80% des Nenndrehmoments bei 90% der Maximaldrehzahl ist typisch. Schrittmotoren sind auch beim Beschleunigen einer Last nicht so gut wie Servomotoren. Wenn Sie versuchen, eine Last zu schnell zu beschleunigen, wenn der Stepper vor dem nächsten Fahrimpuls nicht genügend Drehmoment erzeugt, um zum nächsten Schritt zu gelangen, wird dies zu einem Überspringen des Schrittes und einem Positionsverlust führen. Wenn die Positionsgenauigkeit unerlässlich ist, darf entweder die Belastung des Motors niemals sein Drehmoment überschreiten, oder der Stepper muss mit einem Positionsgeber kombiniert werden, um die Positionsgenauigkeit sicherzustellen. Schrittmotoren leiden auch unter Vibrations- und Resonanzproblemen. Bei bestimmten Drehzahlen kann ein Schrittmotor teilweise in Abhängigkeit von der Lastdynamik in Resonanz geraten und die Last nicht antreiben.
Dies führt zu übersprungenen Schritten, zum Anhalten von Motoren, zu starken Vibrationen und Geräuschen.
Servo-Einschränkungen
Servomotoren liefern mehr Leistung als Schrittmotoren, erfordern jedoch eine viel komplexere Antriebsschaltung und Positionsrückmeldung für eine genaue Positionierung. Servomotoren sind auch wesentlich teurer als Schrittmotoren und oft schwer zu finden. Servomotoren erfordern häufig Getriebe, insbesondere für den Betrieb mit niedriger Drehzahl. Die Anforderung an ein Getriebe und einen Positionsgeber macht die Konstruktion von Servomotoren mechanisch komplexer und erhöht die Wartungsanforderungen für das System. Um das Ganze abzurunden, sind Servomotoren teurer als Schrittmotoren, bevor sie die Kosten eines Positionsgebers erhöhen.
Zusammenfassung
Die Auswahl des besten Motors für Ihre Anwendung hängt von einigen wichtigen Konstruktionskriterien für Ihr System ab, einschließlich Kosten, Positionsgenauigkeitsanforderungen, Drehmomentanforderungen, Verfügbarkeit der Antriebsleistung und Beschleunigungsanforderungen. Insgesamt eignen sich Servomotoren am besten für Anwendungen mit hoher Drehzahl und hohem Drehmoment, während Schrittmotoren besser für Anwendungen mit niedriger Beschleunigung und hohem Haltemoment geeignet sind.
