Выбор между шаговым и серводвигателем

В современном станочном оборудовании в приводах шпинделя и подач могут использоваться шаговые и серводвигатели. Разработчики станков зачастую стоят перед выбором оптимального решения с точки зрения цены, надежности, технических характеристик той или иной приводной системы. В данной статье кратко изложены критерии, по которым можно сделать правильный выбор между гибридным шаговым двигателем и бесщеточным сервоприводом переменного тока.

Шаговый двигатель	Сервосистема
Надежность и обслуживание
Шаговые двигатели не имеют щеточно-коллекторного узла и практически не требуют обслуживания, могут работать в широком диапазоне температур. Единственным узлом подверженным износу являются подшипники. Принудительная остановка шагового двигателя при столкновении с препядствием не вызывает у него никаких повреждений	Аналогично шаговым двигателям серводвигатели переменного тока являются бесконтактными, высоконадежными и не требующими обслуживания электромеханическими преобразователями. При столкновениии серводвигателя с препядствием, если защита сервопривода настроена неправильно, двигатель может выйти из строя.
Угловое разрешение и точность позиционирования
Типичный шаговый двигатель на одном обороте вала имеет 200 полных шагов, 400 половинных и до 25000 микрошагов. Здесь важно отметить, что шаговый двигатель в большинстве случаев работает в разомкнутом контуре и, имея и так невысокое разрешение, может ещё и пропускать шаги при повышенной нагрузке. При использовании микрошагов для позиционирования точность будет тоже недостаточно выcокой, т.к. они используются в основном для плавности хода.	Серводвигатели имеют очень высокую динамическую и статическую точность позиционирования. Они всегда работают в замкнутом контуре, что полностью исключает потерю шагов. Угловое разрешение зависит от типа встроенного энкодера и может достигать 1 млн. импульсов на оборот (в сервоприводе Delta ASDA-A2). Типовая точность поддержания скорости: +\-0.01% на ном. скорости при изменении нагрузки на 100%
Скорость и момент
Диапазон регулирования скорости шаговых двигателй обычно не превышает 1:500. Шаговые двигатели имеют высокий момент на низких и средних скоростях. Однако на высокой скорости крутящий момент значительно падает.	Диапазон регулирования скорости серводвигателей обычно бывает не меньше 1:5000. Во всем диапазоне серводвигатель может работать с номинальным крутящим моментом.
Отклик и динамика
В среднем шаговый двигатель может набирать скорость 120 об/мин за секунду.	У серводвигателя этот показатель значительно выше. Например, время изменения скорости серводвигателя ECMA от -3000 до 3000 об/мин составляет 10 мс (без нагрузки). Полоса пропускания сервоусилителей может быть до 1 кГц. Удельная мощность серводвигателей выше, чем шаговых, следовательно они имеют более низкий момент инерции при той же мощности.
Функциональные возможности
Большинство драйверов шаговых двигателей предназначены для управления от внешних контроллеров по интерфейсу STEP/DIR. Как правило они просты и разнообразием функций не отличаются.	Большинство сервоусилителей могут работать автономно (без внешнего ПЛК) в нескольких режимах: 1) управление положением, 2) управление скоростью, 3) управление моментом. Как правило имеют коммуникационные интерфейсы и различные сервисные функции (подавление вибрации, резонанса, и т.д.)
Цена
Непосредственно шаговый двигатель в среднем дешевле аналогичного по мощности серводвигателя в 1.5 - 3 раза. Но если рассматривать его в совокупности с системой управления, то здесь картина меняется, т.к благодаря контроллеру движения, уже встроенного в сервоусилитель, совокупная цена системы: контроллер движения + драйвер + шаговый двигатель может быть выше аналогичной сервосистемы (серовоусилитель + серводвигатель).
Резюме
Несмотря на невысокие динамические характеристи шаговых двигателей, они находят широкое применение в низкобюджетных машинах по обработке дерева, пластика, ДСП, легких металлов и других материалов, не требующих высокой производительности. В этих приложениях важно главное приемущество шаговых двигателей - низкая цена и достаточно хорошая точность! При более высоких требованиях к объему выпуска изделий, надежности, точности и динамике работы не обойтись без сервопривода. Его эффективность и производительность в разы выше, чем у шагового при применениии его во фрезерных станках с ЧПУ, упаковочных и фасовочных автоматах, рототах-манипуляторахи и различных производстенных линиях. Каждый двигатель оптимален для решения своей задачи!

Методы синхронизации скорости нескольких частотно-регулируемых приводов

Выбор между шаговым и серводвигателем

Алгоритмы векторного управления двигателем, реализованные в преобразователях частоты Optidrive и области их применения