Что выбрать: шаговый или серводвигатель?
Статья, которая поможет разобраться в чем отличие серводвигателя от шагового двигателя.
Очень часто встает вопрос о том, что выбрать - привод на шаговых двигателях или серводвигателях?
Основными факторами, влияющими на выбор, являются:
- Бюджет
Если Вы жестко ограничены в бюджете, возможно, выбора как такового и нет. Шаговые двигатели значительно дешевле серводвигателей. Однако, такая закономерность действует только до определенного момента. Начиная с двигателей с размером фланца 110мм, стоимость приводов на шаговых моторах и сервоприводов Darxton серии DXS уже сопоставима.
- Размер станка.
Чем больше станок, тем более крупные шаговые двигатели ему требуются. Резонанс больших шаговых двигателей может привести к пропуску шагов и снижению чистоты обработки.
Рекомендация : Если рабочее поле станка превышает 1.2 м2, или масса портала превышает 50 кг, мы настоятельно рекомендуем использовать серводвигатели.
- Сложность настройки
Сервосистемы имеют десятки настраиваемых параметров, требуют больше внимания и более высокую квалификацию оператора. Если Вы ищете простое решение "включил и работай" - возможно, вам лучше использовать шаговые двигатели.
- Наличие нагрузки на передачу в момент остановки
Так, на ось Z для удержания шпинделя обычно лучше подходят шаговые двигатели - для них удержание самый эффективный режим, вал фиксируется в положении удержания совершенно неподвижно, а высоких скоростей и ускорений по Z как правило не требуется. Сервопривод в таких условиях будет совершать микроколебания, что нежелательно.Аналогично, если двигатель планируется к установке на поворотную ось, где требуется медленное вращение, и после каждого углового шага следует серия движений шпинделя вдоль заготовки - шаговый двигатель лучше справится с удержанием.
- Необходимость достигать высоких ускорений
Если есть такая необходимость - альтернативы серводвигателям нет. Шаговые двигатели весьма инертны, и попытка быстро разогнать его приведет к т.н. "срыву" - пропуску шагов или остановке вала. Тогда как сервоприводы способны кратковременно увеличить ток обмоток в 3-4 раза от номинального значения, чтобы развить больший момент и, соответственно, большее ускорение
- Вероятность заклинивания механики
Если вероятность заклинивания механической системы велика (например, в случае приводных актуаторов систем открывания ворот), серводвигатели использовать нежелательно - шаговые двигатели просто будут пропускать шаги, в то время как сервопривод в случае неправильной настройки может повредить передачу или обмотки собственного двигателя.
- Звук
Шаговые двигатели при работе издают весьма сильный гул. Если для Вас низкий уровень шума критичен - следует использовать сервоприводы.
В общем же случае построения фрезерного или иного станка с ЧПУ, сервоприводы предпочтительней шаговых, за счет своих многочисленных преимуществ. Если Вы не смогли определиться что выбрать: шаговый или серводвигатель, изучите таблицу отличий.
|
Параметр |
Шаговые приводы |
Бесщеточные сервоприводы |
|
Момент |
Резко падает с увеличением скорости. Максимален при неподвижном вале |
Высокий на всем диапазоне скоростей. Максимален на высоких оборотах
|
|
Удельная мощность |
Малая. Шаговый двигатель имеет крайне малый КПД - постоянно потребляет большой ток, основная часть энергии при этом выделяется в виде тепла
|
Высокая. Потребляемый ток пропорционален нагрузке
|
|
Обратная связь по положению |
Отсутствует. Пропущенный шаг останется незамеченным для системы ЧПУ. Однако, при правильном проектировании станка обратная связь не требуется
|
Есть. Положение вала будет скорректировано, если это будет невозможно(например, вал заклинило) - система выдаст ошибку
|
|
Точность позиционирования |
Не более 5% от величины шага
|
Определяется установленным энкодером |
|
Безопасность |
Высокая. Если вал двигателя заклинило - он просто будет пропускать шаги
|
Низкая. При заклинивании вала сервопривод может провернуть передачу, повредив её. Двигатель также может сгореть при неправильной настройке поведения драйвера при перегрузке
|
|
Срок службы |
Очень большой
|
Очень большой |
|
Резонанс ротора |
Есть. Шаговые двигатели подвержены резонансу, что приводит к пропуску шагов, снижению качества обработки и пр.
|
Отсутствует
|
|
Звук |
Сильный гул
|
Слабый |
|
Нагрев |
Сильный. Зачастую требуется доп. охлаждение с помощью радиатора и вентилятора
|
Слабый
|
|
Перегрузки |
При перегрузках пропускает шаги, не способен резко ускориться
|
Хорошо переносит перегрузки за счет кратковременного увеличения потребляемой мощности. Способен резко ускориться
|
Альтернативный способ выбора между шаговым и серводвигателем
Некоторые производители при выборе предлагают отталкиваться от мощности двигателей, требуемых для станка (см. статью Выбор шагового двигателя и мощности сервопривода). Для этого предлагается рассчитать коэффициент К по эмпирической формуле К = М * S / 58000, где М - масса движимой части (портала со шпинделем), S - требуемая скорость перемещения (мм/мин). Если К < 1, вам скорее всего подойдут шаговые двигатели. Если К > 2, ваш выбор серводвигатели. Если К лежит в пределах от 1 до 2, Вам могут подойти оба вида привода и Вам стоит ввести дополнительные критерии выбора для определения лучшего варианта.
См. также:
>Свежий взгляд на шаговые двигатели и сервоприводы
>Как выбрать привод для станка с ЧПУ
Униполярный или шаговый двигатель
Выбор между коллекторными и бесщеточными BLDC-двигателями