Schrittmotoren mit Closed-Loop-Technologie dringen allmählich in Servoanwendungen ein
In immer mehr anspruchsvollen industriellen Automatisierungsanwendungen verändern technologische Fortschritte das Leistungs-Kosten-Verhältnis zwischen Schrittmotoren und Servomotoren.
Mit der Closed-Loop-Technologie dringen kostengünstigere Schrittmotoren stetig in Anwendungen ein, die ursprünglich von teuren Servomotoren dominiert wurden.
Schrittmotor und Servomotor
Nach herkömmlicher Weisheit bieten Servosteuerungssysteme eine bessere Leistung in Anwendungen, die Geschwindigkeiten von mehr als 800 U / min erfordern und eine hohe dynamische Reaktion erfordern. Schrittmotoren eignen sich besser für Anwendungen mit niedrigeren Drehzahlen, niedrigen bis mittleren Beschleunigungen und / oder höheren Haltemomenten.
Was ist also die Grundlage für dieses traditionelle Konzept von Schrittmotoren und Servomotoren?
Struktur
Der Schrittmotor dreht sich schrittweise, und die Magnetspule wird verwendet, um einen Magneten allmählich von einer Position zur nächsten zu ziehen. Um die Position des Motors 100 in eine beliebige Richtung zu bewegen, erfordert die Schaltung 100 Schritte des Motors. Schrittmotoren verwenden Impulse, um eine inkrementelle Bewegung zu erreichen, die eine präzise Positionierung ohne Rückmeldungssensoren ermöglicht.
Die Bewegungsart des Servomotors ist unterschiedlich. Es verbindet einen Positionssensor - den Encoder - mit dem Magnetrotor, um kontinuierlich die genaue Position des Motors zu ermitteln. Das Servo überwacht die Differenz zwischen der tatsächlichen Position des Motors und der Befehlsposition und passt den Strom entsprechend an. Dieses geschlossene Regelungssystem hält den Motor im richtigen Bewegungszustand.
Einfachheit und Kosten
Schrittmotoren sind nicht nur günstiger als Servomotoren, sondern auch einfacher in Betrieb zu nehmen und zu warten. Der Schrittmotor ist in Ruhe stabil und kann seine Position beibehalten (auch bei dynamischen Lasten). Wenn jedoch einige Anwendungen höhere Leistungsanforderungen haben, müssen teurere und komplexere Servomotoren verwendet werden.
Positionierung
Es gibt wichtige Unterschiede zwischen Schrittmotoren und Servomotoren in Anwendungen, bei denen Sie jederzeit die genaue Position der Maschine kennen müssen. Bei Anwendungen, die über Schrittmotoren gesteuert werden, geht das Steuersystem davon aus, dass sich der Motor immer im richtigen Bewegungszustand befindet. Nach einem Problem, z. B. einem Motorstillstand aufgrund eines Komponentenstaus, kann der Controller die tatsächliche Position der Maschine nicht erkennen, was zu einer Positionsverlustposition führt. Der geschlossene Regelkreis des Servomotors selbst hat einen Vorteil: Wird er von einem Objekt erfasst, wird er sofort erkannt. Die Maschine stoppt den Betrieb und verliert niemals ihre Position.
Geschwindigkeit und Drehmoment
Der Leistungsunterschied zwischen Schrittmotoren und Servomotoren beruht auf den unterschiedlichen Motorkonstruktionen. Die Polzahl des Schrittmotors ist viel höher als die des Servomotors. Daher dreht sich der Schrittmotor eine volle Umdrehung, und die erforderliche Anzahl von Wicklungsstromwechseln ist viel höher, was zu einem schnellen Abfall des Drehmoments bei erhöhter Geschwindigkeit führt. Außerdem kann der Schrittmotor die Drehzahlsynchronisation verlieren, wenn das maximale Drehmoment erreicht wird. Aus diesen Gründen sind Servomotoren in den meisten Hochgeschwindigkeitsanwendungen die bevorzugte Lösung. Im Gegensatz dazu ist die Polzahl eines Schrittmotors bei niedrigen Drehzahlen vorteilhaft, da der Schrittmotor gegenüber einem Servomotor gleicher Größe einen Drehmomentvorteil aufweist.
Wärme- und Energieverbrauch
Schrittmotoren mit offenem Regelkreis verwenden einen festen Strom und geben viel Wärme ab. Ein geschlossener Regelkreis stellt nur den Strom zur Verfügung, der vom Drehzahlregelkreis benötigt wird, wodurch Probleme beim Erwärmen des Motors vermieden werden.
Vergleich von Schrittmotor und Servomotor
Das Servosteuerungssystem eignet sich am besten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit dynamischen Lastwechseln, z. B. für Roboterarme. Schrittsteuersysteme eignen sich besser für Anwendungen, bei denen eine niedrige bis mittlere Beschleunigung und ein hohes Haltemoment erforderlich sind, wie 3D-Drucker, Förderbänder und Vorgelegewellen. Da Schrittmotoren weniger teuer sind, können die Kosten des Automatisierungssystems nach Gebrauch reduziert werden. Wenn das Bewegungssteuerungssystem die Eigenschaften des Servomotors ausnutzen muss, muss es den Nachweis erbringen, dass sich diese teureren Motoren lohnen.
Angetrieben durch die Weiterentwicklung der Closed-Loop-Technologie können Schrittmotoren in leistungsstarke Hochgeschwindigkeitsanwendungen vordringen, die zuvor vollständig Servomotoren waren.
