Что выбрать: шаговый или серводвигатель?


Очень часто встает вопрос о том, что выбрать - привод на шаговых двигателях или серводвигателях? 
 
Основными факторами, влияющими на выбор, являются:

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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

  6. 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.

  7. 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.

 

Отстуствует

 

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

Коллекторные серводвигатели

Выбор между коллекторными и бесщеточными BLDC-двигателями