تفاوت سروو موتور و استپر موتورها

تفاوت سروو موتور و استپر موتورها

یک ضرب المثل مهندسی میگه:” هیچ راه حل مطلقی وجود ندارد، بهترین راه حل فقط بهترین راه حل برای مشکل موجود است.“ این ضرب المثل خصوصا برای سرو موتورها و موتورهای پله ای صادق است.

هر دو به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. هیچکدام یک راه حل جهانی نیستند. با این حال، هنگامی که به درستی استفاده می شوند، هر دو موتور پله ای و موتور سروو می توانند عامل موثر و قابل اعتماد برای یک سیستم بسیار موفق باشد. درخت تصمیم برای انتخاب بین این دو، شاخه های زیادی دارد اما مهمترین آنها سرعت، شتاب و قیمت هستند.

موتورهای پله ای

شکل 1: موتورهای پله ای عملکرد خوبی را برای برنامه های کاربردی که نیاز به سرعت ، شتاب و دقت  پایین دارند، با یک قیمت ارزان ارائه می دهند.

موتورهای پله ای شامل یک روتور با آهنرباهای دائمی و یک استاتور ثابت است که سیم پیچ بر روی آن قرار دارد. هنگامی که جریان از طریق سیم پیچ های استاتور جریان می یابد، یک توزیع شار مغناطیسی ایجاد می کند که با توزیع میدان مغناطیسی روتور تعامل می کند و نیروی چرخشی ایجاد می شود. موتورهای استپر  دارای تعداد قطب بسیار بالایی هستند، به طور معمول 50 و یا بیشتر. درایو موتور پله ای قطبهای مجاور را به ترتیب به طوری که روتور در یک سری متوالی چرخش کند، برقدار میکند. به علت تعداد زیاد قطب، حرکت دورانی روتور پیوسته به نظر می رسد.

موتورهای پله ای چند ویژگی مثبت دارند. از آنجا که آنها حرکت گسسته تولید می کنند، معمولا حلقه باز هستند، و هزینه و پیچیدگی یک انکودر  یا ریزالور را حذف می کنند. تعداد  قطبهای بالا آنها را قادر می سازد گشتاور بسیار بالایی را در حالت ایستا(سرعت صفر) تولید کنند. آنها جمع و جور و به طور کلی مقرون به صرفه هستند (شکل 1)

شکل 2: همانطور که مقایسه منحنی های گشتاور سرعت نشان می دهد، موتور های پله ای گشتاور ماکزیمم ه را در سرعت صفر دارند که با افزایش سرعت گشتاور به سرعت کاهش می یابد (سبز). در مقابل، گشتاور سروو موتور تقریبا در سراسر محدوده عملکرد ثابت است (آبی و قرمز).

متاسفانه ، موتورهای پله ای دارای محدودیت های سرعت هستند. آنها معمولا در 1200 دور در دقیقه یا کمتر عمل می کنند. گرچه گشتاور بالایی را در سرعت صفر ایجاد می کنند، اما گشتاور با افزایش سرعت به سرعت کاهش می یابد (شکل 2).

یک موتور که 100 اونس در اینچ(0.7 نیوتن متر) در سرعت صفر تولید می کند، ممکن است فقط 500 اونس در اینچ در سرعت 500 دور در دقیقه، و فقط 10 اونس در اینچ در سرعت 1000 دور در دقیقه گشتاور داشته باشد.

 در تئوری، یک گیربکس میتواند برای افزایش گشتاور استفاده شود، اما این جایی است که سرعت کم موتورهای پله به یک مشکل بزرگ تبدیل می شود. اضافه کردن یک گیربکس کاهنده 10: 1 به یک موتور پله ای 1200 دور در دقیقه ممکن است گشتاور را به مقدار زیادی افزایش دهد، اما سرعت آن نیز به 120 دور در دقیقه کاهش خواهد یافت. اگر موتور برای حرکت دادن بالسکرو یا مشابه آن مورد استفاده قرار گیرد ، احتمالا سرعت کافی برای برآوردن نیازهای برنامه فراهم نخواهد کرد.

موتورهای استپر  به طور کلی در سایزهای بزرگ موجود نیستند، در نتیجه، غیر معمول است که موتورهای پله ای را که قادر به تولید بیش از 1000 تا 2000 اونس گشتاور هستند پیدا کنید.

موتورهای پله ای دارای محدودیت های عملکردی هستند. شما می توانید یک موتور پله ای را به عنوان یک سیستم وزنه و فنر تصور کنید. موتور نیاز به غلبه بر اصطکاک برای شروع چرخش و حرکت ماشین دارد، در این صورت روتور به طور کامل تحت کنترل نیست. در نتیجه، یک فرمان حرکت پنج پله ای ممکن است منجر به چهار پله یا شش پله حرکت در موتور شود. اگر درایو یک موتور را برای حرکت در 200 استپ تحریک کند، ممکن است چند استپ از دست برود که این معادل چند درصد خطا است.

اضافه کردن یک انکودر، دقت مسیر حرکت این سیستم را افزایش میدهد، اما قادر به تغییر فیزیک پایه موتور نخواهد بود. برای برنامه های کاربردی که نیاز به دقت وضوح موقعیت وضوح دارند، موتورهای سروو یک راه حل بهتر را ارائه می دهند.  

سرو موتورها

موتورهای سروو مانند موتورهای پله ای کاربردهای فراوانی دارند. بیایید رایج ترین طراحی را که شامل یک روتور با آهنرباهای دائمی و یک استاتور ثابت با سیم پیچ است در نظر بگیریم. در اینجا نیز جریان یک توزیع میدان مغناطیسی ایجاد می کند که روی روتور عمل می کند تا گشتاور ایجاد کند. با این وجود، موتورهای سروو قطبهای بسیار کمتری نسبت به موتورهای پله ای دارند. در نتیجه، آنها باید بصورت حلقه بسته (closed-loop) کنترل شوند.

شکل 3: با کنترل حلقه بسته، موتورهای سروو موقعیت یابی با دقت بسیار بالا همراه با سرعت و شتاب بهتر از موتورهای پله ای دارند. در مقابل هزینه، اندازه و پیچیدگی در این نوع موتورها افزایش می یابد.

 به طور کلی، موتورهای سروو پیچیده تر از موتورهای پله ای می باشند. آنها سرعت قابل ملاحظه ای سریعتر از استپ موتورها با سرعت چندین هزار RPM اجرا می کنند (شکل 3). این باعث می شود که موتورهای سرو با گیربکس ها برای ارائه گشتاور بسیار بالاتر در سرعت های مفید استفاده شود. آنها همچنین گشتاور ثابت را در محدوده سرعت موتور ارائه می کنند. بر خلاف موتورهای پله ای، آنها گشتاور سرعت صفر ندارند. عملیات حلقه بسته، کنترلر/ درایو  را قادر می سازد که بار در یک موقعیت خاص باقی بماند، اما موتور بصورت پیوسته در حال تنظیم  موقعیت خود برای ماندن در آنجا است. بنابراین، موتورهای سروو می توانند گشتاور را نگه دارند.

موتور سروو به طور معمول از آهن ربا های گران قیمت استفاده می کند در حالی که موتورهای استپر  بیشتر از آهنرباهای ارزان قیمت استفاده می کنند. آهنرباهای خاص باعث ایجاد گشتاور بالاتر در یک  حجم  کوچکتر می شوند.

ترکیبی از سرعت و گشتاور موتورهای سروو موتور را قادر می سازد تا شتاب بهتر از استپ موتورهارا ارائه دهند. آنها همچنین دقت موقعیت را به عنوان نتیجه عملیات حلقه بسته ارائه می دهند.

جمع بندی نهایی

موتور سروو مزیت های غیر قابل انکارعملکردی را ارائه می دهد. با این حال، از لحاظ تکرارپذیری، موتورهای پله ای می توانند کاملا رقابتی باشند. این یک تصور غلط رایج در مورد موتورهای پله ای است که اسطوره حرکت از دست رفته است. همانطور که قبلا گفتیم، ماهیت وزنه و فنر یک موتور پله ممکن است باعث  چند استپ از دست رفته بشود و از آنجا که درایو فرمانده موتور استپر برای حرکت به مکان زاویه ای است، استپهای گم شده تبدیل به چرخش نمی شوند، با این حال موتور پله ای بسیار قابل تکرار است.

نکات مهم در انتخاب صحیح از بین سروو و استپر موتور

• گشتاور مورد نیاز
• الزامات سرعت
• شتاب مورد نیاز
• جرم بار و جابجایی
• هزینه
• محدودیت های حجم

بحث بالا ما را به یک تمایز کلیدی بین محورهای استپر و محورهای سروو میرساند که هزینه است. موتورهای استپر  فیدبک نیاز ندارند، آنها از آهن ربا ارزان استفاده می کنند و به ندرت دارای جعبه دنده می باشند. با توجه به تعداد  قطبهای بالا و توانایی آنها برای تولید گشتاور نگهدارنده، آنها توان کمتری را با سرعت صفر مصرف می کنند. در نتیجه، یک موتور پله می تواند از یک موتور سروو هم رده ارزانتر باشد.

برای خلاصه کردن مطلب، موتورهای پله ای مناسب برای کاربردهایی با سرعت پایین، شتاب کم و الزامات دقت کم هستند. موتورهای استپر  همچنین کمجا و ارزان هستند. این باعث می شود که این موتورها برای پزشکی، بیوتکنولوژی، امنیت و کاربردهای تولید نیمه هادی مناسب باشد. موتورهای سروو انتخاب مناسبتری برای سیستمهایی هستند که نیاز به سرعت بالا، شتاب بالا و دقت بالا دارند. از معایب آن هم میتوان هزینه و پیچیدگی بیشتر را برشمرد. موتور سروو معمولا در بسته بندی، صنایع و برنامه های مشابه استفاده می شود.

هنگامی که از کیفیت میتوانید چشم پوشی کنید اما از بودجه نه،  یک موتور پله ای را در نظر بگیرید. اگر عملکرد مهم ترین جنبه کار باشد، یک موتور سروو این کار را انجام می دهد، اما آماده شوید تا پول بیشتری بپردازید.