Selecteren tussen een servomotor en een stappenmotor kan een hele uitdaging zijn, waarbij verschillende ontwerpfactoren in balans zijn. Kostenoverwegingen, koppel, snelheid, versnelling en aandrijfschakelingen spelen allemaal een rol bij het selecteren van de beste motor voor uw toepassing.
Basisverschillen tussen Stepper- en Servomotoren
Stepper- en servomotoren verschillen op twee belangrijke manieren, in hun basisconstructie en hoe ze worden bestuurd. Stappenmotoren hebben een groot aantal polen, magnetische paren van noord- en zuidpolen die worden opgewekt door een permanente magneet of een elektrische stroom, typisch 50 tot 100 polen. Servomotoren hebben daarentegen heel weinig polen, vaak 4 tot 12 in totaal. Elke paal biedt een natuurlijk stoppunt voor de motoras. Door het grotere aantal polen kan een stappenmotor nauwkeurig en precies tussen elke pool bewegen en kan een stepper worden bediend zonder enige positieterugkoppeling voor vele toepassingen. Servomotoren vereisen vaak een positie-encoder om de positie van de motoras bij te houden, vooral als nauwkeurige bewegingen vereist zijn.
Het besturen van een stappenmotor naar een precieze positie is veel eenvoudiger dan het besturen van een servomotor. Met een stappenmotor verplaatst een enkele aandrijfimpuls de motoras één stap, van de ene pool naar de volgende. Aangezien de stapgrootte van een bepaalde motor is vastgesteld op een bepaalde mate van rotatie, is het verplaatsen naar een precieze positie eenvoudig een kwestie van het verzenden van het juiste aantal pulsen. Daarentegen lezen servomotoren het verschil tussen de huidige encoderpositie en de positie waarvoor ze zijn opgedragen en alleen de stroom die nodig is om naar de juiste positie te gaan. Met de huidige digitale elektronica zijn stappenmotoren veel gemakkelijker te besturen dan servomotoren.
Stepper voordelen
Stappenmotoren bieden verschillende voordelen ten opzichte van servomotoren voorbij het grotere aantal polen en een eenvoudigere regeling van de aandrijving. Het ontwerp van de stappenmotor zorgt voor een constant houdkoppel zonder dat de motor hoeft te worden aangedreven. Het koppel van een stappenmotor bij lage snelheden is groter dan een servomotor van dezelfde grootte. Een van de grootste voordelen van stappenmotoren is hun relatief lage kosten en beschikbaarheid.
Servo voordelen
Voor toepassingen waarbij hoge snelheid en hoog koppel nodig zijn, schijnen servomotoren. Stappenmotoren hebben een piek rond snelheden van 2000 tpm, terwijl servomotoren vele malen sneller beschikbaar zijn. Servomotoren behouden ook hun koppel bij hoge snelheid, tot 90% van het nominale koppel is verkrijgbaar bij een servo op hoge snelheid. Servomotoren zijn ook efficiënter dan stappenmotoren met rendementen tussen 80-90%. Een servomotor kan ongeveer tweemaal het nominale koppel leveren gedurende korte perioden, waardoor een put wordt geleverd met voldoende capaciteit om te putten uit wanneer dat nodig is. Bovendien zijn servomotoren stil, verkrijgbaar in AC en DC drive, en trillen ze niet of hebben ze last van resonantieproblemen.
Stepper Beperkingen
Voor al hun voordelen hebben stappenmotoren enkele beperkingen die aanzienlijke implementatie- en bedieningsproblemen kunnen veroorzaken, afhankelijk van uw toepassing. Stappenmotoren hebben geen reservevermogen. Sterker motoren verliezen namelijk een aanzienlijk deel van hun koppel wanneer ze hun maximale rijsnelheid naderen. Een verlies van 80% van het nominale koppel bij 90% van de maximale snelheid is typerend. Stappenmotoren zijn ook niet zo goed als servomotoren bij het versnellen van een belasting. Pogingen om een lading te snel te versnellen waarbij de stepper niet genoeg koppel kan genereren om naar de volgende stap te gaan voordat de volgende aandrijfpuls zal resulteren in een overgeslagen stap en een verlies in positie. Als de positienauwkeurigheid essentieel is, mag de belasting van de motor nooit het koppel overschrijden of moet de stepper worden gecombineerd met een positie-encoder om de positienauwkeurigheid te waarborgen. Stappenmotoren hebben ook last van trillings- en resonantieproblemen. Bij bepaalde snelheden, gedeeltelijk afhankelijk van de belastingsdynamiek, kan een stappenmotor resoneren en niet in staat zijn de belasting te besturen.
Dit resulteert in overgeslagen stappen, stilstaande motoren, overmatige trillingen en ruis.
Servo Beperkingen
Servomotoren kunnen meer vermogen leveren dan stappenmotoren, maar vereisen een veel complexer aandrijfcircuit en positionele feedback voor een nauwkeurige positionering. Servomotoren zijn ook veel duurder dan stappenmotoren en zijn vaak moeilijker te vinden. Servomotoren hebben vaak versnellingsbakken nodig, vooral voor bedrijf met een lagere snelheid. De vereiste voor een versnellingsbak en een positie-encoder maakt servo-motorontwerpen mechanisch complexer en verhoogt de onderhoudsvereisten voor het systeem. Om het helemaal af te maken, servomotoren zijn duurder dan stappenmotoren voor het toevoegen van de kosten van een positie-encoder.
Samenvatting
Het selecteren van de beste motor voor uw toepassing hangt af van enkele belangrijke ontwerpcriteria voor uw systeem, waaronder kosten, nauwkeurigheid van positionele vereisten, koppelvereisten, beschikbare aandrijfkracht en acceleratievereisten. Over het algemeen zijn servomotoren geschikt voor toepassingen met hoge snelheid en een hoog koppel, terwijl stappenmotoren beter geschikt zijn voor toepassingen met een lagere versnelling en een hoge houdkoppel.
