В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Сервопривод – это обычный мотор с дополнительно установленным датчиком контроля, выполняющим функцию обратной связи. Шаговый двигатель – это бесщеточный электромотор, работающий в паре плата-драйвер. Сразу скажем, что сервопривод и шаговый двигатель не конкурируют между собой.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

  • Сервопривод
  • Шаговый двигатель

Сервопривод

Сервопривод, как мы уже сказали ранее — это обычный мотор с дополнительно установленным датчиком контроля, выполняющим функцию обратной связи.

При работе мотор будет удерживаться в заданном положении с помощью контроллера. Такой принцип взаимосвязи позволяет добиться высокой скорости и точности оборудования вплоть до одного микрона.

  • Если на обычный электродвигатель подать напряжение, он будет вращаться.
  • Чтобы зафиксировать движение в одном положении и при этом не заставить его двигаться в обратном, контроллер должен постоянно переключать ток двигателя на противоположенный, пока не поступит следующая команда.
  • При таком подходе пропуск шагов исключен, так как энкодер постоянно отслеживает отклонения вала и корректирует ошибку, меняя каждый раз направление движения двигателя.
  • Недостатки сервоприводов:
  • дорогостоящий ремонт;
  • высокая стоимость.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель – это бесщеточный электромотор, работающий в паре плата-драйвер. Как правило, шаговые двигатели имеют несколько фаз (обмоток), поочередно включаемых драйвером. Двигатель поворачивается за счет подачи короткого импульса на одну из обмоток статора, в результате чего в движение приводится магнитный ротор.

Обычно шаговые двигатели маломощны и не предназначены для больших скоростей и непрерывного вращения.

Величина физического шага двигателя может варьироваться в зависимости от конструкционных особенностей ротора: от 90 до 0.9 градусов. Шаг можно дробить при помощи программных ухищрений, снижая при этом шум от работы драйверов и увеличивая точность, благодаря повышенному числу шагов на оборот. Точность может составлять до 20 микрон.

Несмотря на высокоточность шагового двигателя, у него имеется существенный минус: пропуск шагов при повышенных нагрузках, поскольку двигатель не имеет обратной связи контроллером, а последний не умеет отслеживать работу шагового двигателя без углового датчика.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Недостатки шаговых двигателей:

  • пропуски шагов при высоких ускорениях и больших нагрузках;
  • низкая цена;
  • неремонтопригодность.

Существуют шаговые двигатели с энкодером, ничем не отличающиеся от обычных, кроме дополнительных выводов с угловым датчиком. Это решает проблему с пропусками, но добавляет немало к стоимости. Плюс для их использования нужно иметь специальный контроллер, имеющий функцию коррекции ошибки шаговика.

Несмотря на недостатки, шаговые двигатели широко используются как в крупных отраслях промышленности, так и для бытовых нужд:

  • в тяжелых и высокоточных станках (в металлообработке, лазерной резке);
  • в легких ЧПУ (домашние 3D-принтеры, гравировальные машины);
  • в робототехнике (роботы со сложной кинематикой);
  • в игрушках (машины, самолеты).

Сервопривод и шаговый двигатель не являются между собой конкурентами. Под каждую задачу необходимо выбрать свой тип мотора.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Источник: https://ArduinoPlus.ru/otlichia-servoprivoda-ot-shagovogo-dvigatelya/

В чем разница между серводвигателем и шаговым электродвигателем?

Всем инженерам хорошо известно, что нет такого понятия, как идеальное решение — есть просто лучшее решение для рассматриваемой проблемы. Это особенно актуально для серводвигателей и шаговых двигателей. Оба широко используются в промышленности.

Применение ни одного из них не является универсальным решением. Однако при правильном применении как шаговые, так и серводвигатели могут обеспечить эффективную и надежную работу при максимальной производительности системы.

Дерево решений для выбора между ними имеет много ветвей, но наиболее важными являются скорость, ускорение и цена.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора, в котором расположены обмотки. Когда ток проходит через обмотки статора, он генерирует магнитный поток, который взаимодействует с магнитным полем ротора и приводит ротор в движение.

Шаговые двигатели имеют очень большое количество полюсов, обычно 50 или более. Драйвер шагового двигателя последовательно подает напряжение на каждый полюс, так что ротор вращается с определенным шагом. Из-за очень большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

Шаговые электродвигатели имеют ряд положительных качеств.

Поскольку они генерируют пошаговое движение, для них, как правило, не требуется замкнутая система регулирования, что избавляет от необходимости установки энкодера или тахогенератора, что положительно сказывается на цене установки. Большое количество полюсов позволяет им генерировать очень высокий крутящий момент при нулевой скорости. Они компактны и в целом экономичны (рисунок ниже).

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

С другой стороны,
шаговые электродвигатели имеют ограничения по скорости. Они обычно работают с
максимальной  эффективностью всего при
1200 об / мин или ниже.

Хотя они генерируют высокий крутящий момент при нулевой
скорости, крутящий момент падает при увеличении скорости (график ниже).
Например, двигатель, создающий момент 3 кгс·м  при
нулевой скорости, может выдать только 1.

5 кгс·м при 500 об / мин и всего 0.3 кгс·м при 1000 об / мин.

Теоретически можно
использовать редуктор для увеличения крутящего момента, но именно здесь малая
скорость шаговых двигателей становится проблемой.

Добавление редуктора 10: 1 к
шаговому двигателю со скоростью 1200 об / мин может повысить крутящий момент на
порядок, но также снизит скорость до 120 об / мин.

Если двигатель используется
для шарико-винтового привода или чего-либо подобного, он, вероятно, не будет
обеспечивать достаточную скорость для удовлетворения потребностей механизма.

Как правило, шаговые двигатели не изготавливаются в типоразмерах, превышающих NEMA 34, при этом большинство применений относятся к размерам двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате практически невозможно найти шаговые двигатели, способные производить крутящий момент от 28 до 57 кгс·м.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

На графике зеленым
показана зависимость момент шагового двигателя от скорости, красным – зависимость
максимального момент серводвигателя от скорости и синим – момент серводвигателя
от скорости.

Шаговые двигатели также имеют ограничения по производительности. Вы можете представить себе шаговый двигатель как пружинно-массовую систему. Двигатель должен преодолеть трение, чтобы начать вращение и переместить нагрузку, после чего ротор машины не контролируется. В результате команда продвижения на пять шагов может привести к повороту двигателя только на четыре шага или шесть шагов.

Однако, если система электропривода
дает команду двигателю продвинуться на 200 шагов и он сделает это за несколько
шагов, ошибка составит несколько процентов.

Хотя мы используем шаговые
электродвигатели с разрешением от 25 000 до 50 000 шагов на оборот, но поскольку
двигатель представляет собой систему с пружинно-массовой нагрузкой, наш обычный
диапазон составляет от 2000 до 6000 отсчетов за оборот.

Тем не менее, при этих
разрешениях даже ошибка в 200 шагов соответствует доле градуса.

Добавление энкодера позволит системе точно отслеживать движение, но не сможет преодолеть базовую физику работы электрической машины. Для приложений, требующих повышенной точности позиционирования и разрешения, серводвигатели обеспечивают лучшее решение.

Серводвигатели

Как и шаговые двигатели,
серводвигатели имеют много реализаций. Давайте рассмотрим наиболее
распространенную конструкцию, которая включает в себя ротор с постоянными
магнитами и неподвижный статор с обмотками.

Здесь также ток создает
распределение магнитного поля, которое воздействует на ротор и развивает
крутящий момент. Однако серводвигатели имеют значительно меньшее число полюсов,
чем шаговые электрические машины.

В результате они должны работать в замкнутой
системе управления.

В целом, серводвигатели более сложные, чем шаговые. Они работают значительно быстрее, со скоростями порядка нескольких тысяч оборотов в минуту (рисунок ниже).

Это позволяет использовать серводвигатели с редукторами, чтобы обеспечить гораздо более высокий крутящий момент на нужных скоростях. Они также обеспечивают более постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей электродвигателя.

В отличие от шаговых двигателей, они не имеют удерживающего момента как такового.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Однако работа в
замкнутом контуре позволяет контроллеру / электроприводу дать команду на
удержание нагрузки в определенном положении, и двигатель будет непрерывно ее
регулировать, чтобы удерживать ее на одном месте.

Таким образом, серводвигатели
могут обеспечивать фактический удерживающий момент.

Тем не менее, обратите
внимание, что вариант удерживающего крутящего момента при нулевой скорости
зависит от правильного размера двигателя для управления нагрузкой и
предотвращения колебаний относительно заданного местоположения.

Серводвигатели обычно используют редкоземельные магниты, в то время как шаговые двигатели чаще используют менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты позволяют развивать более высокий крутящий момент в меньшем корпусе.

Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте от их общего физического размера. Диаметры серводвигателей обычно варьируются от NEMA 17 до 220 мм.

В результате этих комбинированных факторов серводвигатели могут выдавать крутящий момент до 114 кгс·м.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Сочетание скорости и крутящего момента позволяет серводвигателям обеспечивать лучшее ускорение, в сравнении с шаговыми двигателями. Они также обеспечивают лучшую точность позиционирования в результате работы с обратной связью.

Подведем итоги

Серводвигатели
предлагают неоспоримое преимущество в производительности. Однако с точки зрения
стабильности позиционирования шаговые двигатели могут быть весьма
конкурентоспособными. Эта точка зрения приводит к распространенному заблуждению
о шаговых двигателях, которое является мифом о «потерянном шаге».

Как мы уже
обсуждали ранее, массово-пружинный характер нагрузки шагового двигателя может
привести к нескольким потерянным шагам. Привод дает команду движению шагового
механизма в определенный угол, однако потерянные шаги не переносятся от
вращения к вращению.

Все зависит от необходимого уровня точности
позиционирования.

Вышеприведенное
обсуждение подводит нас к окончательному и ключевому различию между шаговыми
электродвигателями и сервоприводами — стоимости.

Шаговые двигатели обычно не
требуют обратной связи, они используют менее дорогие магниты и редко содержат
редуктора.

Из-за большого количества полюсов и их способности генерировать
удерживающий момент они потребляют меньше энергии при нулевой скорости. В
результате шаговый двигатель может быть на порядок дешевле, чем аналогичный
серводвигатель.

Подводя итог, можно
сказать, что шаговые двигатели являются хорошим решением для механизмов с малой
скоростью вращения, небольшим ускорением и малыми требованиями к точности.
Шаговые двигатели также имеют тенденцию быть компактными и недорогими.

Читайте также:  Чем отличается керосин от бензина?

Это делает
эти машины подходящими для применения в медицине, биотехнологиях, безопасности
и обороне, а также в производстве полупроводников. Серводвигатели — лучший
выбор для систем, требующих высокой скорости, высокого ускорения и большой
точности. Компромисс — более высокая стоимость и сложность.

Серводвигатели
обычно используются в упаковке, конвертации, плетении сетей и
аналогичных приложениях.

Если ваши требования не слишком критичны, а бюджет ограничен, рассмотрите шаговый двигатель. Если производительность является наиболее важным аспектом, серводвигатель выполнит свою работу, но будьте готовы заплатить больше.

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать двигатель

  • Требования к крутящему моменту
  • Требования к скорости
  • Желаемое ускорение
  • Нагрузка, масса и инерция
  • Бюджет
  • Габаритные показатели

Источник: https://elenergi.ru/servoprivod-ili-shagovyj-elektrodvigatel.html

Сравнение шаговых двигателей и сервоприводов

Станки с ЧПУ уверенно лидируют в производственном секторе, постепенно занимая все ниши: от сувенирной до космической промышленности.

В противовес оборудованию с ручным управлением, автоматические агрегаты отличаются исключительной точностью при изготовлении штучных и серийных изделий.

Характерна для них и более высокая скорость работы, которая объясняется отсутствием в необходимости остановок для переналадки, исключением человека из производственного процесса и более быстрым перемещением инструментальной головки.

Последний фактор стал возможен благодаря использованию современных высокоточных двигателей, в частности, шаговых и серводвигателей.

Сервопривод и шаговый двигатель: что это и в чем разница?

Шаговый двигатель представляет собой бесколлекторное устройство электромеханического типа, имеющее несколько обмоток.

Короткие электроимпульсы, подаваемые драйвером, последовательно активируют каждую из обмоток и приводят в движение ротор, вызывая угловые дискретные (или шаговые, что и является источником названия двигателей) перемещения.

Для всех шаговых двигателей свойственно осуществление позиционирования на плоскости без обратной связи, ввиду отсутствия энкодера.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Устройство шагового двигателя

Серводвигатель является комплексным устройством, состоящим из как такового привода (щеточный или бесщеточный электромотор), управляющего блока и энкодера для связи с контроллером. Датчик обратной связи при помощи сигналов информирует станок о скорости, угловом положении и прочих параметрах движения.

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Высокоскоростной синхронный серводвигатель с принудительным воздушным охлаждением

Шаговый двигатель: достоинства и недостатки

Шаговый двигатель используется на многих граверах, фрезерах, лазерах и прочих станках с программным управлением, которые применяются в металло- и деревообработке, рекламной деятельности, производстве электронных игрушек, товаров декоративно-прикладного назначения и во многих других отраслях. Популярность такого типа электромоторов обусловлена несколькими факторами, в числе которых:

  • длительный эксплуатационный период по причине отсутствия хрупких деталей. Вывести двигатель из строя может только повреждение одной из обмоток или истирание подшипников, что происходит только после очень продолжительного и интенсивного использования;
  • стабильная и высокоточная работа в определенном диапазоне скоростей и нагрузок;
  • низкая стоимость;
  • на невысоких скоростях точность позиционирования инструмента может доходить до ± 0,01 мм при условии использования качественных направляющих;
  • может управляться любыми программными оболочками ЧПУ станков;
  • способность работать в большом температурном диапазоне;
  • невосприимчивость к механическим нагрузкам, принудительным остановкам и реверсированию.

Однако есть у шаговых двигателей и некоторые недостатки, которые ограничивают сферу их применения или доставляют неудобства:

  • высокая шумность;
  • возникновение вибраций, резонансности и биений на больших скоростях;
  • максимальная скорость разгона за минуту составляет 120 оборотов;
  • низкая предельная скорость перемещения. Для фрезеров — 9 м/мин, для лазерно-гравировальных аппаратов — до 25 м/мин;
  • повышение скорости сверх установленных лимитов приводит к появлению вибраций и пропуску шагов;
  • отсутствие обратной связи провоцирует брак в случае внезапной остановки, попадания посторонних предметов в зону обработки, пропуска шага и т. д.

Сервопривод: плюсы и минусы

Сервопривод встречается на оборудовании с ЧПУ не менее часто, чем шаговый двигатель, но, в силу специфики работы используется на станках, от которых ожидается максимально высокая скорость обработки или повышенная производительность.

Речь идет о фрезерах и лазерах, применяемых для выпуска серийной продукции в особо крупных объемах или аппаратах, работающих в сфере протезирования, макетирования, ювелирной области, робототехнике и прочих производствах, где прецизионная точность ставится во главу угла.

Из достоинств серводвигателей можно выделить такие, как:

  • соблюдение плавности хода и точности перемещения на любых скоростях, оборотах и нагрузках;
  • практически абсолютная бесшумность при работе;
  • высокая мощность при малых габаритах;
  • широкой скоростной и мощностной диапазон;
  • разгон до 500 оборотов в минуту и торможение происходят за 0,1 секунды;
  • скорость перемещения инструментальной головки может доходить до 60-70 м/мин;
  • использование серводвигателей контурного управления позволяет добиться очень высокой динамической точности (около 0,002 мм). Позиционные устройства проходят заданную траекторию чуть с большей погрешностью, тем не менее, точность по-прежнему превосходит этот же параметр у шагового двигателя;
  • отсутствие вибраций, рывков, резонансов;
  • датчик обратной связи в режиме реального времени отслеживает все аспекты движения на любых траекториях, своевременно передавая их системе управления станком. В случае любых отклонений от программы происходит коррекция и возврат к правильному маршруту, что позволяет минимизировать появление брака.

Как и его «коллега», шаговый двигатель, сервопривод тоже не лишен недостатков

  • ремонт устройства может оказаться настолько дорогостоящим, что может сравниться по цене с новым двигателем;
  • бесколлекторные приводы по цене дороже шаговых примерно в 1,5-2 раза. Модели со щетками более бюджетны, однако щетки в них необходимо менять каждые 5 тыс. отработанных часов;
  • в некоторых случаях принудительная остановка двигателя приводит к его перегреву и может вывести привод из строя.

Вывод

Шаговый двигатель и сервопривод никак нельзя назвать конкурирующими устройствами и приобретение дорогостоящего сервомотора не всегда целесообразно. Применение каждого из них обусловлено рядом сопутствующих факторов, среди которых приоритетные места занимают скорость и точность обработки.

Источник: https://InfoFrezer.ru/stati/sravnenie-shagovyh-dvigatelej-i-servoprivodov/

Сервопривод или шаговый двигатель?

В случаях, когда необходима высокая точность работы исполнительных механизмов, используют асинхронный электродвигатель с энкодером обратной связи.

Однако в промышленных станках с особыми требованиями к точности позиционирования подобное оборудование не справится с задачами в силу ряда конструктивных недостатков — низкого момента на малых скоростях, проскальзывания ротора, инерции при разгоне и торможении.

В таких случаях используются сервоприводы и шаговые двигатели. Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов приводов.

Сервоприводы

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?В состав сервопривода входят серводвигатель и электронный блок управления (сервоусилитель или сервопреобразователь). В качестве серводвигателей наиболее широко применяют синхронные трехфазные электродвигатели, в которых установлены мощные постоянные магниты для улучшения динамических характеристик. Обязательным компонентом сервопривода также является энкодер. Как правило, он превосходит по своим параметрам обычные энкодеры, поставляемые отдельно. Его разрешение может достигать сотен тысяч импульсов на оборот, за счет чего достигается сверхточное позиционирование. Для примера, разрешение встроенных энкодеров сервоприводов Delta ASD-A2 составляет 1 280 000 имп/об.

Сервоусилитель получает два сигнала управления — сигнал задания скорости (или угла поворота) и сигнал обратной связи с энкодера. В результате сервопривод обеспечивает движение какой-либо механической нагрузки с большой точностью не только по скорости вращения, но и по углу поворота, который может быть выдержан до долей градуса.

Шаговые двигатели

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Основной параметр шагового двигателя — его шаг, или количество шагов на оборот. Для одного полного оборота ротора необходимо строго определенное количество импульсов. Чем меньше шаг, тем большую точность позиционирования может обеспечить данный шаговый двигатель.

Управляющие импульсы формируются специальным драйвером, который получает задание с контроллера. При этом обратной связи не требуется, поскольку путем подсчета импульсов всегда можно узнать, на какой угол повернулся вал шагового двигателя, и сколько оборотов он сделал.

Преимущества сервоприводов

  • Мощность серводвигателей может достигать 15 кВт, в то время как мощность шагового электродвигателя, как правило, не превышает 1 кВт.
  • Бесшумность работы благодаря принципу действия и сверхточному исполнению конструкции.
  • Скорость вращения в сервоприводах может достигать 10000 об/мин, в некоторых случаях и больше. У шаговых двигателей номинальная скорость вращения обычно не превышает 1000 об/мин вследствие падения момента и увеличения вероятности ошибок.
  • Высокая энергоэффективность. Потребляемая мощность сервопривода пропорциональна нагрузке на валу. Для шагового электродвигателя потребляемая мощность одинакова вне зависимости от нагрузки.
  • Наличие обратной связи обеспечивает точной информацией о повороте вала в любой момент времени. В шаговых двигателях возможно проскальзывание при перегрузке, накопление ошибки и потеря позиционирования.
  • Большая плавность хода. В шаговых двигателях добиться плавности можно только путем применения специальных методов управления.

Преимущества шаговых двигателей

  • Меньшая цена при одинаковой мощности в силу более простой конструкции двигателя и драйвера.
  • Возможность работы на экстремально низких оборотах без ухудшения характеристик и применения редукторов.
  • Более точное позиционирование, обусловленное конструкцией двигателя.
  • Отсутствие необходимости в обратной связи.
  • Для фиксации вала двигателя при останове достаточно снять с него напряжение. При останове серводвигателя необходимо расходовать мощность на удержание либо использовать электромеханический тормоз.

Применение

В промышленном оборудовании для выполнения задач позиционирования имеет смысл использовать и асинхронные двигатели с обратной связью, и сервоприводы, и шаговые двигатели.

Сервоприводы устанавливаются в тех узлах оборудования, где требуется точное позиционирование механизмов для их синхронизации с другими узлами. В частности сервоприводы широко используют в обрабатывающих станках.

  • Шаговые двигатели нашли наибольшее применение в станках с ЧПУ и в робототехнике.
  • На практике встречаются производственные линии, в которых в различных узлах используются все три типа электродвигателей.
  • Другие полезные материалы: Выбор оптимального типоразмера электродвигателя Как выбрать мотор-редуктор Редуктор от «А» до «Я»

Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/servoprivod-ili-shagovyy-dvigatel.html

Сервопривод или шаговый двигатель? Как работают и что выбирать

В станках с числовым программным управлением (фрезерные, токарные, карусельные станки, машины плазменной резки и т.д.) для перемещения исполнительных элементов (суппортов, кареток и т.д.) используется шаговый привод или сервопривод. В этой статье немного объясним о их работе, принципиальных различиях и когда какой уместно применять.

Шаговый привод 

Представляет собой шаговый электродвигатель с блоком управления. При подаче электрического импульса ротор двигателя совершает угловое перемещение на строго определенную величину. Современные шаговые электродвигатели обеспечивают до 400 шагов на один оборот. Это позволяет позиционировать инструмент (резец, плазменный резак) с точностью до десятых миллиметра.

Как достоинства шаговых приводов следует отметить:

  • высокая точность в сочетании с более простой конструкцией;
  • доступная цена, вытекающая из простоты исполнения.
Читайте также:  Чем газовые стойки(амортизаторы) отличаются от масляных

Главный недостаток шагового привода – проблема пропуска шага. Это происходит по ряду причин:

  • нагрузка на валу превышает допустимое;
  • неправильно задаными параметрами реза в управляющей программе – слишком резкое ускорение или торможение, без учета веса портала;
  • скорость вращения ротора попадает в зону резонанса со станком.

Пропуск шага может приводить к некорректному позиционирования резака, и соответственно отклонению реза от заданной программы.

Сервопривод (Сервомотор)

Принципиальное отличие — наличие датчика обратной связи.  Сервопривод обмениваеться данными с управляющей программой в реальном времени. Отклонение от заданных координат моментально регистрируеться, и контроллер станка автоматически компенсирует погрешность.

Наличие этого дополнительно элемента (датчика) позволяет:

  • достигнуть максимальной точности позиционирования и качество продукции. С учетом механического люфта, износа деталей,   теплового расширения (что важно в станках большой мощности, в том числе и машинах плазменной резки);
  • обеспечить максимально высокую скорость обработки, с автоматическим учетом инерционности движущихся узлов;
  • снизить затраты на электроэнергию, в сервоприводе они пропорциональны сопротивлению перемещения, а в шаговом приводе номинал напряжения постоянный.

Шаговый привод vs сервопривод

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Из приведенного выше можно понять сильные и слабые стороны этих приводов. Мы постараемся дать рекомендации, в каких случаях целесообразнее применять тот или иной вариант.

  1. Бюджет. Если он критичен, выбор однозначно в пользу шагового привода. Но стоит учесть будущую оплату труда оператора чпу. Работа с шаговыми двигателями подразумевает более высокий уровень умений и квалификации.
  2. Мощность станка. Чем больше мощность, тем крупнее перемещаемые узлы и детали, и тем более мощные требуются шаговые двигатели. А это более высокие инерционные нагрузки, и меньше нагрузки в резонансных зонах. Это может повлиять на точность обработки.  Кроме того, при увеличении скорости у шагового электродвигателя резко уменьшается момент, а у сервоприводов он постоянен.  Если говорить о станках плазменной резки  с ЧПУ, то здесь эти эти факторы не столь критичны. Это более существенно для токарных станков, где движутся не только исполнительные механизмы (суппорта), но и сама заготовка.
  3. Сложность обслуживания. Здесь шаговые привода смотрятся симпатичнее. Сервопривод имеет десятки параметров, требующих настройки, а значит и более высокой квалификации персонала (программистов, электронщиков, наладчиков). Надежные поставщики обычно берут сервис этих узлов на себя. Об этом стоит задуматься если вы приобретаете станок зарубежом, или когда будет сложно обеспечить доступ третьих лиц.
  4. Производительность. По данному критерию сервопривода существенно превосходят шаговые. Особенно если речь идет о производстве габаритных деталей. При  небольших перемещаемых и обрабатываемых массах эта разница несущественна (например, если это небольшой 3Д принтер, то разница будет крайне несущественна)
  5. Шум. Шаговые привода работают громче и может ощущаться вибрация. Это может приносить неудобства для небольших предприятий. В ряде случаев могут возникнуть проблемы с надзорными органами по допустимому уровню шума.

Источник: https://blog.svarcom.net/news/servoprivod-ili-shagovyj-vybiraem-stanok-plazmennogo-rezki-vzvesheno.html

Новый взгляд на сервопривод и шаговый двигатель

  • Серводопровод или шаговый двигатель
  • Мы разберемся в нашей статье, что выбрать сервопривод или шаговый двигатель, что они собой представляют, для чего предназначаются, а также ответим на вопрос, сервопривод или шаговый двигатель разница.
  • Что представляет собой шаговой двигатель

Такие механизмы отлично подходят для превращения электрической энергии в точные механические перемещения. Любой импульс, который поступает на драйвер мотора, позволяет осуществлять движения ротора, что полностью соответствует заданным настройкам.

Можно навести простой пример, если на полношаговый привод будет послано 100 импульсов, при том, что шаг двигателя составляет 1.8 градусов, это позволит получить поворот на 1800.

Разница между сервоприводом и шаговым двигателем в том, что каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Сильная сторона последнего заключается в том, что он может выполнять свои функции даже без обратной связи, ему не требуется коррекция положения, при которой используются энкодеры или другие аналогичные датчики. Это связано с тем, что вал по архитектуре шагового двигателя перемещается только при получении импульсов.

Такая возможность доступна только тогда, когда шаговые двигатели не перегружены, а также не впадают в резонанс. Но вот в реальной жизни очень редко бывает, что эти два фактора отсутствуют.

Чтобы получить уверенность, что такой двигатель не будет пропускать шаги, производители решают эту проблему очень просто, когда происходит выбор мощности, они делают серьезный запас мощности. Другими словами, отличие сервопривода от шагового двигателя заключается в том, что последний устанавливается на станок с большой мощностью, которой намного больше, чем это требуется.

Появление резонанса возможно на тех же самых частотах вращения, которые в данном приложении используются как основные, поэтому избежать это явление становится очень сложным.

Но существует и возможность избежать последствия непродолжительных перегрузок в его работе, а также не допустить пропуска шагов. В данном случае можно использовать энкодер, который такой же, как и установлен на вал вентильного серводвигателя. В этом также ответ, чем отличается сервопривод от шагового двигателя.

Энкодер – это информация о том, в каком положении находится ротор контроллеру. Он сравнивает его с заданной координатор, в результате чего полученное рассогласование используется, чтобы выполнить шаги так, чтобы разница компенсировалась. Но такой способ малоэффективен, если необходимо ликвидировать проблемы, связанные с резонансом.

Тем не менее, все же есть возможность устранить последствия. Для этого требуется провести комбинирование по положению, другими словами, компенсировать количество импульсов, а также одновременно управлять ориентацией поля статора. При этом нужно придерживаться такого же принципа, как векторное управление электродвигателями с тремя фазами.

Сравнение сервопривода и шагового двигателя – вопрос достаточно сложный. Это связано с тем, что энкодер шагового двигателя предоставляет информацию о том, в каком положении вала можно сориентировать магнитное поле статора так, что потокозацепление будет иметь максимальную эффективность.

К тому же такая схема не нуждается в преобразованиях Кларка, что, как правило, применяется для того, чтобы спроектировать трехфазную систему токов и получить две фазы. Это требуется потому, что биполярные моторы разработаны с двумя обмотками.

Такой способ управления характеризуется тем, что ток в обмотках изменяется синусоидально, на этот процесс не влияет то, что используется – шаг или микрошаг.

Также если сравнивать шаговый двигатель и сервопривод, то преимущество первого также в том, что он практически не ощущает резких перемен напряжения. Благодаря наличию векторного типа управления, есть возможность очень быстро регулировать момент приводы. Тем не менее, такая возможность также доступна и сервоприводам. Это касается только типа PMSM.

Немного о сервоприводах

Здесь мы не только охарактеризуем, но и проведем сравнение сервопривод и шаговый двигатель. Когда прочитаете информацию, сможете сделать вывод, что лучше шаговый двигатель или сервопривод.

Наверняка Вы знаете, что сервопривод используется уже достаточно давно. Также у нас можно купить сервопривод высокого качества и по доступной стоимости.

Существует такие, которые используют по позиции обратную связь. Они имеют возможность считать количество шагов, а также добавлять в процессе или вычитать шаги, чтобы не допустить ошибку. Но они не могут вносить коррективы в угол поворота вала, когда делается шаг. Это принципиальная разница, если делать сравнение сервопривода и шагового двигателя.

Компенсировать ошибки может синусоидальная коммутация, если работает совместно с управлением ориентацией. Она устраняет ошибки, которые возникают по причине неправильной геометрии деталей или при серьезной нагрузке.

Векторное управление гарантирует, что статорное поле всегда будет перпендикулярным роторному полю, а также то, что насыщенность поля будет полностью соответствовать нужному моменту.

Это улучшает динамику, а в дальнейшем и делает более эффективной работу, уменьшает флуктуацию крутящего момента.

Благодаря такому управлению есть возможность составить конкуренцию шаговым двигателям с вентильным сервоприводом, если речь идет о скоростях, не превышающих 2 тыс. оборотов/мин.

Мы привели аргументы, если сравнивать шаговый двигатель или сервопривод, что лучше – определять Вам. Каждый человек выбирает, что ему подойдет лучше – сервопривод или шаговый двигатель. Мы же рассказали об основных моментах того и другого типа, навели некоторые примеры и особенности.

Вы можете у нас купить серводвигатель по выгодной стоимости. Мы гарантируем качество товара. Наши сотрудники с удовольствием ответят на интересующие вопросы, предоставят дополнительную информацию.

Источник: https://www.et-rus.ru/info/novyyvzglyadnaservoprivodishagovyydvigatel/

Шаговые двигатели или серводвигатели?

Отличия

Основное отличие шаговых двигателей от серводвигателей — то, что шаговые двигатели работают без обратной связи, т.е. нет контроля — сделал ШД шаг или нет.

Драйвер серводвигателя считывает показания датчика положения вала и корректирует его положение. На самом деле, отсутствие обратной связи в случае с ШД не является минусом, т.к.

при правильно спроектированной и настроенной системе шаговые двигатели не пропускают шагов, т.е. пользователь не нуждается в таком контроле.

Достоинства и недостатки

Достоинства ШД:

  • Точность и стабильность шага, ШД может работать с инерционными нагрузками.
  • Не нужна обратная связь. ШД сам по себе это датчик положения.
  • ШД — самый доступный, бюджетный, стандартный электродвигатель. Прост в подключении и настройке.
  • ШД имеет долгий срок службы.
  • ШД безопасен, имеет конечный момент — он останавливается в случае заклинивания передачи.
  • ШД имеет хороший момент на низких оборотах, это позволяет обойтись без редуктора.

Достоинства серводвигателей (щеточных):

  • Высокая отдаваемая мощность, сравнительно с электродвигателями других типов такого же размера и веса.
  • Точность позиционирования определяется установленным энкодером.
  • Высокий КПД, до 90% с легкими нагрузками.
  • Может быстро ускоряться.
  • Может кратковременно отдать повышенную мощность (2-3 раза) и повышенный момент (5-10 раза)
  • Двигатель не нагревается, потребляется ток пропорционально нагрузке.
  • На высоких скоростях не шумит.
  • Не резонирует и не вибрирует во всем диапазоне частот вращения.
Читайте также:  Чем кроссовер отличается от хэтчбека:описание и отличие типов авто

Недостатки шаговых двигателей:

  • Низкий КПД. ШД потребляет достаточно энергии не зависимо от нагрузки.
  • Низкая отдаваемая мощность, сравнительно с электродвигателями других типов такого же размера и веса.
  • Крутящий момент сильно зависит от оборотов вращения, сильно падает с увеличением частоты вращения.
  • Склонность к резонированию. Требует микрошагового управления для плавного вращения и техник подавления резонансов.
  • Отсутствие обратной связи для контроля за пропуском шагов.
  • Не может быстро ускоряться.
  • ШД сильно нагревается при оптимальном использовании.
  • При кратковременной перегрузке, ШД остановится и не сможет восстановить положение вала.
  • ШД достаточно шумный (звуковой шум)

Недостатки серводвигателей (щеточных):

  • Более высокая стоимость, сравнительно с ШД.
  • Система с серводвигателем требует настройки.
  • Сложная система. Много соединительных проводов. Наличие энкодера.
  • Небезопасная система, если нарушается обратная связь — серводвигатель может провернуть передачу. Требуются системы экстренного отключения.
  • Щетки изнашиваются. После 2000 часов работы, требуется их замена.
  • Серводвигатель может перегореть при постоянной перегрузке.
  • Требуется мощный источник питания, чтобы система была устойчива к кратковременным перегрузкам.
  • Серводвигатель отдает максимальный момент на высоких оборотах, поэтому может потребоваться редуктор.
  • Серводвигатели плохо охлаждаются. Серводвигатели с вентиляционными отверстиями быстро засоряются продуктами обработки материалов.

Выбор — ШД или серводвигатели

При разработке станка и выборе электродвигателей в первую очередь необходимо рассчитать, какая мощность N(Вт) требуется для управления вашим механизмом. Мы не рекомендуем сначала приобретать электродвигатель а потом пытаться его «приладить» к своей конструкции.

Мы рекомендуем использовать шаговые электродвигатели, если расчетная мощность 200Вт. Если расчетная мощность находится в диапазоне 100…200Вт — подойдет и шаговый и серводвигатель, выбор ложится на пользователя.

При выборе шагового двигателя стоит учитывать тот факт, что у него момент падает с увеличением частоты вращения, согласно приведенным в ТХ графикам.

Метод расчета мощности: Допустим у вас есть ЧПУ плазморез с ременной передачей или подобный ЧПУ станок с малой рабочей нагрузкой (нет усилия для фрезеровки, нужно только перемещать головку плазмореза или лазера).

Вам необходимо рассчитать мощность для перемещения оси Y. Допустим Ваша расчетная скорость подачи f=10000 мм/мин, масса перемещаемой конструкции с запасом m=20кг. По инженерной формуле, потребуется мощность N=(f*m)/6120=33Вт.

В данном случае можно использовать шаговый двигатель.

Проведем расчет для фрезерного станка ЧПУ. Пусть у вас установлен винт ШВП 1605 — с шагом n=5мм на оборот. Пусть вам необходима скорость подачи f=3000 мм/мин. Рассчитаем необходимые обороты электродвигателя с прямым приводом на винт ШВП RPM=f/n=600 об/мин.

Необходимо определить вращающий момент, который нужно приложить к винту ШВП чтобы обеспечить необходимое усилие на фрезе, пусть это будет момент M. Размерность момента Н*м=(кг*см)/10 — масса в кг, которую нужно приложить к рычагу длиной 1см. Пусть в данном случае нам необходим момент 35кг*см=3,5Н*м.

Мощность рассчитывается по формуле N=M*RPM*pi/30=220Вт. В данном случае нужно использовать серводвигатель.

Источник: https://PureLogic.ru/support/help/shagovye_dvigateli_ili_servodvigateli/

Шаговый двигатель или сервопривод?

Различные типы электродвигателей применяются повсеместно – в бытовых приборах, рекламных конструкциях, станочном оборудовании и т.д.

Для станков ЧПУ, в зависимости от задач, которые перед ними стоят, наиболее актуально применение простых и надёжных шаговых двигателей, либо бесколлекторных двигателей с обратной связью, именуемых в народе сервоприводами.

Строго говоря, сервоприводом корректно называть любой тип электродвигателя с обратной связью – например, в каталоге Степмотор можно приобрести шаговый сервопривод — однако в данном контексте речь пойдёт именно о бесколлекторных механизмах.

Итак, что выбрать для ЧПУ – шаговый двигатель или бесколлекторный? Чтобы принять правильное решение, необходимо чётко понимать, чем же различаются данные типы устройств и какие имеют преимущества и недостатки.

Шаговый электродвигатель

Шаговый двигатель, или просто ШД, является одним из самых распространённых типов электродвигателей.

Конструктивная простота такого агрегата, представляющего собой синхронный бесщёточный механизм, снабжённый неподвижным статором с несколькими обмотками и подвижный ротор, обеспечивает ему длительный срок службы и высокую степень надёжности.

Ток подаётся на обмотки попеременно, вызывая дискретные угловые перемещения ротора – шаги.

Основными преимуществами шаговых двигателей для ЧПУ являются:- надёжность;- длительный срок службы;- высокая точность позиционирования;- стабильная работа в различных режимах, в том числе, в режиме удержания, благодаря дискретности;- отсутствие строгой необходимости обратной связи благодаря фиксированному углу поворота;- простота в настройках и применении;- отсутствие необходимости дорого обслуживания;

— доступная стоимость.

  • При этом шаговые двигатели имеют и ряд недостатков, среди которых:

— высокое энергопотребление;- отсутствие возможности быстрого старта;- высокий уровень шума (в сравнении с бесколлекторными агрегатами) и нагрева;- довольно низкая (относительно габаритов устройства) мощность;

— склонность к резонансу и, как следствие, пропуску шагов

Бесколлекторный двигатель

Бесколлекторный двигатель отличается от коллекторного, в первую очередь, отсутствием этого самого коллектора, являющегося тяжёлым и требующим обслуживания элементом, благодаря чему конструкция такого агрегата не только упрощается, но и становится значительно компактнее.

Кроме того, обмотки у коллекторного двигателя находятся на статоре, а не на роторе, как у других типов двигателей. Совокупность этих факторов делает бесколлекторный сервопривод высокоэффективным агрегатом с улучшенным КПД, обладающим широким диапазоном скорости вращения и повышенной мощностью.

Бесспорными преимуществами бсеколлекторного сервопривода являются:

— высокий КПД;- повышенная точность;- неподверженность резонансу;- способность справляться с кратковременными перегрузками;- бесшумная работа;- возможность быстрого старта без потери точности;

— длительный срок службы.

  1. Тем не менее, среди минусов бесколлекорных серводвигателей следует отметить:

— высокую стоимость;- сложность настроек и управления;- необходимость регулярного обслуживания для замены щёток;- невозможность длительной работы на пиковых нагрузках;- необходимость применения дополнительных устройств (драйвер, энкодер, внешний вентилятор);

— высокое энергопотребление в совокупности со вспомогательными устройствами.

Целесообразность применения шагового или серводвигателя в ЧПУ определяется путём сравнения всех перечисленных преимуществ и недостатков с определением их значимости для конкретных целей. При этом, какой бы выбор не был сделан, купить электродвигатель и комплектующие можно на сайте торгового дома Степмотор – без очередей и по доступной цене.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a60b9eec5feafcaeda6c281/5a67871d1aa80cbf44ad180b

Шаговый двигатель или сервопривод? Комментировать

Приводный двигатель является одним из важнейших элементов ЧПУ, поэтому к его выбору следует подходить со всей серьёзностью. Причём сложность, как правило, состоит не в выборе конкретной модели, а в подборе типа двигателя: недорогого и простого шагового, или же более совершенного, но и более дорогого, сервопривода.

Следует сразу оговориться, что под понятием «сервопривод» в данном контексте подразумевается бесколлекторный двигатель с обратной связью и возможностью управления, тогда как в общем и целом сервоприводом можно назвать любой тип двигателя, оснащённый управляющим устройством и имеющий функцию обратной связи. Чтобы определиться, шаговый двигатель или сервопривод наилучшим образом подойдёт для использования в каждой конкретной ситуации, важно знать все плюсы и минусы каждого из этих типов движущих элементов.

Плюсы и минусы шаговых двигателей

Первым и, пожалуй, одним из важнейших преимуществ шаговых двигателей является их доступная стоимость. Даже крупногабаритные модели ШД, в сравнении с бесколлекторными сервоприводами, стоят на порядок дешевле. Именно этот фактор зачастую становится решающим при выборе типа двигателя для ЧПУ.

Кроме того, шаговые двигатели, отличающиеся простотой конструкции, не требуют дорогостоящего обслуживания и просты как в использовании, так и в настройке: первичные настройки задаются с помощью обычного контроллера, после запуска оборудования шаговый двигатель работает в стабильном режиме.

Дополнительным преимуществом шаговых двигателей является более стабильная, чем у сервоприводов, работа в режиме удержания, обеспечивающаяся дискретностью ШД.

Однако у шаговых двигателей есть и ряд недостатков. Так, для крупных станков (с массой портала свыше 100кг, или же рабочим полем более 1м по каждой из осей) использовать шаговые двигатели не рекомендуется, так как они могут довольно сильно резонировать, что чревато пропуском шагов и падением точности.

Кроме того, шаговые двигатели, из-за высокой инерции, не приспособлены к быстрым стартам и резким остановкам – работа ШД в таком режиме также может стать причиной пропуска шагов.

 Кроме того, в сравнение с сервоприводом шаговый двигатель отличается довольно высоким уровнем шума, что особенно ощутимо при работе на высоких скоростях.

Плюсы и минусы бесколлекторных сервоприводов

Основным преимуществом сервопривода является высокий конечный КПД, достигающийся благодаря возможности быстрого старта без потери точности.

При этом сервоприводы практически не подвержены резонансу, что, несомненно, также является важным плюсом.

Бесколлекторные серводвигатели, при грамотном управлении, легко справляются с кратковременными перегрузками и отличаются длительным роком службы. Кроме того, они практически бесшумны при работе в любых режимах.

Среди минусов серводвигателей, пожалуй, самым значимым, является очень высокая стоимость, объясняющаяся конструктивной сложностью механизмов такого типа.

Также следует отметить, что тонкие настройки сервопривода довольно сложны – в большинстве случаев для того, чтобы настроить оптимальный режим работы бесколлекторного серводвигателя требуется специальное оборудование (внешние устройства с соответствующим интерфейсом) и знание программирования.

Купить шаговый двигатель или сервопривод в Stepmotor

Независимо от того, какому типу приводного двигателя – шаговому иди бесколлекторному – вы отдадите предпочтение, купить данные механизмы можно на нашем сайте.

В каталоге Stepmotor представлен широкий выбор шаговых двигателей, бесколлекторных сервоприводов, энкодеров и прочих комплектующих для ЧПУ.

Если у вас возникла необходимость купить шаговый двигатель или бесколлекторный сервопривод в наличии по доступной цене, внимательно ознакомьтесь с характеристиками интересующего вас устройства.

Источник: https://stepmotor.ru/servodvigateli-protiv-shagovyx

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector