Valinta servomoottorin ja askelmoottorin välillä voi olla melko haaste, johon liittyy useita suunnittelutekijöitä. Kustannusten huomioon ottaminen, vääntömomentti, nopeus, kiihtyvyys ja käyttöpiiristö ovat tärkeässä asemassa parhaimman moottorin valitsemisessa.
Perustaerot Stepperin ja Servo Motorsin välillä
Stepper- ja servomoottorit eroavat toisistaan kahdella keskeisellä tavalla, niiden perusrakenteessa ja niiden hallitsemisessa. Stepper-moottoreilla on suuri määrä napoja, magneettisia paria pohjois- ja etelä-pylväistä, jotka ovat joko kestomagneetin tai sähkövirran tuottamia, tyypillisesti 50-100 napaa. Vertailun vuoksi servomoottoreissa on hyvin vähän napoja, usein jopa 4-12. Jokainen napa tarjoaa luonnollisen pysähdyspaikan moottorin akselille. Pylväiden suurempi lukumäärä sallii askelmoottorin liikkua tarkasti ja täsmällisesti jokaisen napojen välillä ja mahdollistaa askelmoottorin käytön ilman minkäänlaista asennepalautetta useille sovelluksille. Servomoottorit vaativat usein asennonosoitinta seuraamaan moottorin akselin sijaintia varsinkin, jos vaaditaan tarkkoja liikkeitä.
Stepper-moottorin ajo tarkalle paikalle on paljon yksinkertaisempi kuin servomoottorin ajo. Askelmoottorin avulla yksittäinen pulssi siirtää moottorin akselia yhdellä askeleella yhdestä napasta toiseen. Koska tietyn moottorin askelkoot on kiinnitetty tiettyyn pyörimisnopeuteen, siirtyminen tarkkaan kohtaan on yksinkertaisesti kysymys oikean lukumäärän lähettämisestä. Sitä vastoin servomoottorit lukevat nykyisen anturin sijainnin ja niiden käskyn välisen eron ja vain virran, joka tarvitaan siirtymään oikeaan asentoon. Nykypäivän digitaalisen elektroniikan avulla askelmoottorit ovat paljon helpommin hallittavissa kuin servomoottorit.
Stepper-edut
Stepper-moottorit tarjoavat useita etuja servomoottoreiden yli suurempien napojen lukumäärän ja helpomman käyttövoiman hallinnan ansiosta. Stepper-moottorin rakenne antaa tasaisen pidätinmomentin ilman, että moottoria tarvitsee käyttää. Stepper-moottorin vääntömomentti matalilla nopeuksilla on suurempi kuin samankokoisen servomoottori. Yksi askelmoottoreiden suurimmista eduista on niiden suhteellisen alhainen hinta ja saatavuus.
Servo-edut
Sovelluksissa, joissa tarvitaan suuri nopeus ja suuri vääntömomentti, servomoottorit loistavat. Stepper-moottorit pyörittävät nopeutta 2000 kierrosnopeudella, kun taas servomoottorit ovat monta kertaa nopeampia. Servomoottorit pitävät myös vääntömomentinsa suurella nopeudella, jopa 90% nimellisvääntömomentista on saatavana servosta suurella nopeudella. Servomoottorit ovat myös tehokkaampia kuin askelmoottorit, joiden tehokkuus on 80-90%. Servomoottori voi syöttää karkeasti kaksinkertaisen nimellisvääntömomentinsa lyhyiksi ajanjaksoiksi, jolloin kapasiteettia voidaan hyödyntää tarpeen mukaan. Lisäksi servomoottorit ovat melko, saatavana AC- ja DC-asemassa eivätkä värähtele tai kärsivät resonanssikysymyksistä.
Stepper rajoitukset
Kaikilla niiden eduilla askelmoottoreilla on muutamia rajoituksia, jotka voivat aiheuttaa merkittäviä toteutus- ja käyttöongelmia sovelluksesta riippuen. Stepper-moottoreilla ei ole varavoimaa. Itse asiassa askelmoottorit menettävät huomattavan osan vääntömomentista, kun ne lähestyvät enimmäisnopeuttaan. Tyypillinen on 80% nimellisvääntömomentti 90% maksiminopeudesta. Stepper-moottorit eivät myöskään ole yhtä hyviä kuin servomoottorit kuorman kiihdyttämisessä. Yritetään kiihdyttää kuormaa liian nopeasti, jos askel ei pysty tuottamaan tarpeeksi vääntömomenttia siirtyäksesi seuraavaan vaiheeseen, ennen kuin seuraava ajaa pulssia johtaa ohitettuun askelta ja sijainnin menettämiseen. Jos paikannustarkkuus on välttämätön, moottorin kuormitus ei saa missään tapauksessa ylittää sen vääntömomenttia tai askelta on yhdistettävä paikanmäärityk- seen asentotarkkuuden varmistamiseksi. Stepper-moottoreilla on myös tärinää ja resonanssia. Tietyillä nopeuksilla, osittain riippuen kuormitusdynamiikasta, askelmoottori voi päästä resonanssiksi eikä pystyä ajaamaan kuormaa.
Tämä johtaa ohitettuihin askelin, pysähtyneisiin moottoreihin, liialliseen tärinää ja kohinaa.
Servo Rajoitukset
Servomoottorit pystyvät tuottamaan enemmän tehoa kuin askelmoottorit, mutta vaativat paljon monimutkaisempaa käyttöpiiriä ja asentopalautetta tarkkaan paikannukseen. Servomoottorit ovat myös paljon kalliimpia kuin askelmoottorit ja niitä on usein vaikeampi löytää. Servomoottorit vaativat usein vaihdelaatikoita, erityisesti alemman nopeuden vuoksi. Vaihteiston ja paikan kooderin vaatimus tekee servomoottoreista mekaanisesti monimutkaisempia ja lisää järjestelmän kunnossapitovaatimuksia. Kun kaikki on pois päältä, servomoottorit ovat kalliimpia kuin askelmoottorit, ennen kuin ne lisäävät sijaintikooderin kustannukset.
Yhteenveto
Parhaan moottorin valitseminen sovelluksestasi riippuu muutamasta järjestelmän tärkeimmistä suunnitteluperusteista, kuten kustannuksista, asennustarkkuusvaatimuksista, vääntömomenttivaatimuksista, käyttötehon saatavuudesta ja kiihtyvyysvaatimuksista. Kaiken kaikkiaan servomoottorit sopivat suurille nopeille ja suurille vääntömomentti-sovelluksille, kun taas askelmoottorit soveltuvat paremmin alhaisempiin kiihdytyksiin ja pitopaineisiin.