انتخاب بین سروو موتور و موتور پله ای

فهرست مطالب

در حالت کلی بهترین موتور، موتوری است که نیازهای کاربری ما را برطرف کند. در جایی که هم موتور پله ای و هم سروو موتور نیاز های اساسی ما را برطرف می کند داشتن درک عمیق از فناوری هر دو نوع موتور برای تصمیم گیری آگاهانه مهم است.

در این مقاله تفاوت های موتور پله ای و سروو موتور ها را بطور خلاصه بررسی می کنیم. در ادامه نیز نشان می دهیم که چگونه پیشرفت تکنولوژی موتور های پله ای خلا های این بین را برطرف کرده است.

در ابتدا بیایید با هم نگاه کوتاهی به مقایسه بین این دو تکنولوژی بیندازیم.

موتور پله ای درایور موتور پله ای

موتور پله ای

مزایای موتور پله ای

  • گشتاور خوب در سرعت پایین
  • بدون نیاز به تیونینگ ، بدون شکار
  • اندازه کوچک و فشرده
  • مقرون به صرفه

معایب موتور پله ای:

  • گشتاور کم در سرعت بالا
  • چرخه کاری محدود
  • بدون حداکثر گشتاور
  • به طور معمول در حلقه باز کار می کند

سروو موتور و درایو

سروو موتور

مزایا سروو موتور:

  • گشتاور خوب در سرعت بالا
  • حداکثر گشتاور در دسترس است
  • چرخه کار پیوسته
  • با توابع مختلف

معایب سروو موتور:

  • نیاز به تیونینگ دارد
  • فقط با فیدبک کار می کند
  • شکار
  • هزینه بالا

هر دوی سروو موتور ها و موتورهای پله ای در روتور و الکترومگنت های استاتور برای ایجاد حرکت از مغناطیس دائم استفاده می کنند. بنابراین هر دو نیاز به مدار راه انداز یا همان مدار درایو دارند. در بخش بعدی توضیح خواهیم داد که چگونه این تفاوت های اساسی روی عملکرد آن ها تاثیر می گذارد.

طراحی موتور

می توان به یک موتور پله ای فرمان داد که به موقعیت مد نظر ما حرکت کند، آنجا بایستد و همان حالت را حفظ کند. این در حالی است که سروو موتور نیاز دارد که با استفاده از فیدبک انکودر برای موقعیت مورد نظر شکار کند و از قفل سروو برای ایجاد گشتاور نگهدارنده استفاده کند. این تفاوت در عملکرد از وجود یا عدم وجود یک انکودر و تعداد قطب ها ناشی می شود.

قطب هایی که اینجا در موردشان صحبت می کنیم قطب های مغناطیسی هستند و می توانند به عنوان قطب های مغناطیسی شمال یا  جنوب روی روتور تعریف شوند. این قطب ها نقاط توقف خاص و پایداری را فراهم می کنند که شار مغناطیسی استاتور و روتور برهمکنس دارند. تعداد قطب ها تعداد دفعاتی که سیم پیچ های موتور به دور کامل رسیده اند را نیز تعیین می کند.

برای فهمیدن تفاوت در تعداد قطب ها و بین سروو موتور ها و موتور های پله ای نگاه دقیق تری به طراحی هر کدام می اندازیم. عکس سمت چپ پایین ساختار یک موتور پله ای را نشان می دهد و تصویر سمت راست در زیر یک برش مقطعی از روتور و استاتور آن است.

ساختار موتور پله ای

برشی از موتور پله ای

در موتور پله ای از یک آهنربای کمیاب که مغناطیس آن به صورت محوری است استفاده شده که بین دو کلگی روتور قرار می گیرد. با مغناطیس کردن محوری آهنربای دائمی دندانه های هر دو کلگی روتور تبدیل به قطب های مغناطیسی مخالف هم می شود. روتور می تواند حتی 50 یا 100 دندانه داشته باشد. و کلگی های روتور به اندازه نصف گام دندانه ها کج شده اند. دندانه های هر دو روتور در تصویر بالا به رنگ های آبی و قرمز مشخص شده اند (در نمایی که از سمت شفت نگاه می کنید). در موتور پله ای هر دندانه روی هر دو روتور یک قطب مغناطیسی می شود.

ساختار سروو موتور

روتور سروو موتور به یک مغناطیس شعاعی است و دندانه ندارد (در تصویر زیر مشخص است). که این دلیل اصلی این موضوع است که سروو موتور قطب های کمتری دارد. این تعداد کم قطب ها همچنین دلیل نیاز به فیدبک انکودر برای به حداقال رساندن خطا است که طول بدنه موتور را افزایش می دهد.

نمایی از سروو موتور

معمولا روتور سروو موتور ها 2 تا 8 قطب دارند و از یک استاتور سه فاز در آنها استفاده می شود. روتور آن ها به جای مغناطیس محوری به صورت شعاعی با آهنربای دائمی قطعه بندی شده مغناطیس می شود.

یک مثال از این نوع موتور با 4 قطب در روتور و 6 قطب در استاتور در تصویر بالا نمایش داده شده است. همانطور که می بینید سروو موتور قطب های کمتری نسبت به موتور پله ای دارد.

یک سروو موتور بنا به نیازش به یک انکودر مطلق، به فوتپرینت های بیشتری نیز نیاز دارد. تعداد کمتر قطب ها امکان ایجاد گشتاور خوب در سرعت بالا را فراهم می کند. یک موتور پله ای می تواند در حلقه باز و بدون انکودر راه اندازی شود بنابراین کم حجم تر است. یک سروو موتور برای دقت در توقف به انکودر خود وابسته است در صورتی که یک موتور پله ای برای دقت در توقف به

دقت توقف سروو موتور به انکودر آن بستگی دارد در صورتی که دقت توقف موتور پله ای به تعداد قطب های آن بستگی دارد. در ادامه بیشتر در این باره صحبت خواهیم کرد.

دقت توقف سروو موتور و موتور پله ای

برای کاربری های موقعیت یابی، یکی از الزامات اولیه ای که باید وجود داشته باشد دقت توقف موتور است. که در این مورد هم موتور پله ای و هم سروو موتور دقت بالایی دارند.

دقت توقف موتور پله ای به کیفیت ساخت سیم پیچ ها و ساخت دندانه ها بستگی دارد (به ترتیب کیفیت الکتریکی و مکانیکی). این مورد در سروو موتور به کیفیت مونتاژ، رزولوشن انکودر و الگوریتم های سروو بستگی دارد.

دقت کنید که یک فاصله هوایی کوچک بین روتور و استاتور وجود دارد و تنها اصطکاک موجود مربوط به بلبرینگ ها است. گشتاور اصطکاک یا بار گرانشی می تواند موقعیت توقف واقعی را تغییر دهد. بنابراین هنگام حرکت از موقعیتی به موقعیت دیگر کمی خطا وجود خواهد داشت. وقتی خطاهایی که در یک دور چرخش کامل موتور اتفاق می افتد را رسم می کنیم نمودار هایی مثل آنچه در پایین می بینید به دست می آید.

دقت موتور پله ای

دقت سروو موتور

توجه کنید که هر دوی آن ها دقت توقف در حدود  +/-0.02°, را ارئه می دهند که زیر مشخصات دقت توقف مکرر معمول موتور پله ای است ( این مقدار معمول برابر سه دقیقه قوسی یا +/-0.05° است).

نکته: دقیقهٔ قوسی واحدی است در زاویه که معادل یک شصتم یک درجه است.

دقت توقف یک موتور پله ای به میزان بالایی به خصوصیات سیم پیچ های آن، دقت ساخت روتور و تعداد دندانه ها/قطب های روتور آن بستگی دارد. دقت توقف یک سرووموتور به دقت مونتاژ، رزولوشن انکودر و الگوریتم کاری آن بستگی دارد. به نوعی می توان گفت که موتور پله ای به صورت مکانیکی برای کاربردهای موقعیت یابی طراحی شده اند و سروو موتورها بصورت بصورت الکتریکی برای کاربردهای موقیت یابی طراحی شده اند.

عملکرد در سرعت بالا

سروو موتورها عموما به دلیل سرعت بالای شان نسبت به موتورهای پله ای شناخته می شوند. این واقعا به این معنی است که سروو موتورها در یک سرعت (RPM) مشخص گشتاور بیشتری را نسبت به موتورهای پله ای تولید می کنند. این تفاوت در عملکرد گشتاور از تفاوت در تعداد قطب ها و همچنین اندوکتانس سیم پیچ ها در طراحی موتور پله ای و سرووموتور است.

به یاد داشته باشید که تعداد قطب ها روی تعداد دفعاتی که سیم پیچ موتور نیاز دارد برای یک دور کامل پیشروی کند نیز تاثیر دارد. برای یک سروو موتور ممکن است فقط 12 چرخه طول بکشد برای رسیدن موتور به یک دور کامل. در حالی که برای یک موتور پله ای دو فاز 200 چرخه طول می کشد. در سرعت های پایین تفاوت های اساسی ایجاد نمی کند. اگرچه در سرعت های بالا درایور نمی تواند به طور کامل به سیم پیچ ها انرژی رسانی کند. از آنجایی که جریان متناسب با گشتاور است، منحنی گشتاور- سرعت در سرعت های بالا افت می کند.

 

گشتاور - سرعت موتور پله ای

گشتاور سرعت سروو موتور

گشتاور شروع بالا موتور پله ای کمک می کند که یک بار از حالت ایستاده خود به سرعت شتاب بگیرد که این موضوع برای کارهای استپ/استارتی ایده آل است. گشتاور سروو موتور در ناحیه کار پیوسته پایین تر شروع می شود و منحنی صاف تری دارد زیرا به سرعت های بالا می رسد. همچنین یک سروو موتور ناحیه کار محدودی دارد که در آن حداکثر گشتاور لحظه ای که می تواند برای مدت کوتاهی استفاده شود را ارائه می دهد.

تعداد بالای قطب های موتور پله ای این امکان را می دهد که در سرعت پایین گشتاور بالایی ایجاد کنند و حرکت آرام و نرمی داشته باشند. آن ها می توانند به سرعت پاسخ دهند، بدون نیاز به انکودر با دقت بالا موقعیت یابی کنند و به راحتی گشتاور نگه دارنده تولید کنند. با این حال، به دلیل اندوکتانس بالای سیم پیچ، تعداد بالای قطب ها و ثابت های L/R بالا گشتاور آن در محدوده سرعت زیاد، افت می کند.  تعداد پایین قطب ها و اندوکتانس سیم پیچ پایین در سرووموتورها گشتاور راه اندازی بالایی ایجاد نمی کند ولی به آن ها اجازه می دهد که گشتاور خود را در تمام محدوده سرعت خود حفظ کنند. بنابراین سروو موتورها در سرعت بالا گشتاور بیشتری تولید می کنند.

فیدبک حلقه بسته

طبق تعریفیک سیستم سروو موتور باید با کنترل حلقه بسته کار کند. و یک موتور پله ای معمولا با کنترل حلقه باز کار می کند. سروو موتور برای کنترل موقعیت، سرعت یا گشتاور موتور از فیدبک استفاده می کند. یک موتور پله ای برای قرار گرفتن در یک موقعیت خاص بر حسب درجه فرمان می گیرد و به فیدبک نیاز ندارد ولی ممکن است بر اثر اضافه بار سنکرون خود را از دست دهد.

اضافه کردن فیدبک برای حفظ سنکرون بودن، طراحی درایور را سخت می کند و تعداد اجزا را بیشتر می کند. علاوه بر یک مولد پالس، توالی سنج فاز و FET از یک سیستم موتور پله ای معمولی ، یک سیستم سروو موتور دارای یک کانتر موقعیت روتور، مبدل F/V ، تقویت کننده جریان، تقویت کننده سرعت، تقویت کننده موقعیت و انحراف شمار نیز هست.

همه این اجزا برای راه اندازی موتور در یک حلقه PID مورد نیاز هستند. در جایی که درایور به طور پیوسته خطاها را محاسبه می کند و گین های مناسب انتگرالی / مشتقی را برای اصلاح حرکت تنظیم می کند. و این همان دلیل گران بودن سروو موتور ها می باشد. سیستم های سروو موتور به طور کلی دارای عملکرد هایی نظیر تنظیم خودکار هستند زیرا فیدبک حلقه بسته قابلیت های موتور را بهبود می بخشد. برای مثال سروو موتور های سری NX چهار حالت عملیاتی را ارائه می کند. کنترل موقعیت، کنترل سرعت، کنترل گشتاور، کنترل تنش (کشش).

سیستم سروو موتور

سیستم سروو موتور

سیستم موتور پله ای

سیستم موتور پله ای

همراه با فیدبک حلقه بسته نسبت اینرسی بار به روتور نیز افزایش می یابد. یک موتور پله ای تقریبا می تواند 10 برابر اینرسی روتور خود را تحمل کند. در حالی که یک موتور پله ای حلقه بسته می تواند 30 برابر اینرسی روتور را تحمل کند.

موتور های پله ای بدون نیاز به فیدبک کار می کنند بنابراین برای کار کردن به اجزای کمتری نیاز دارند. این مساله دلیل اصلی مقرون به صرفه بودن آن ها است. سروو موتور ها به فیدبک نیاز دارند و در یک حلقه PID کار می کنند. بنابراین اجزای بیشتری هم لازم دارند. سیستم های حلقه بسته نسبت به سیستم های حلقه باز مزایایی دارند.

کارایی (راندمان)

فیدبک حلقه بسته امکان کنترل جریان موثرتری را فراهم می کند که بر عملکرد و دمای موتور اثر می گذارد.

در نمودار زیر افزایش دما را در برابر چرخه کار موتور رسم کرده ایم. توجه کنید که دما چگونه با چرخه کار افزایش می یابد. این مهم است زیرا عمر موتور با عمر گریس بلبرینگ آن تعیین می شود و عمر گریس بلبرینگ به دما بستگی دارد.

راندمان

راندمان

برخی از موتور های پله ای از تکنولوژی درایور چاپر جریان استفاده می کنند که بدون در نظر گرفتن میزان بار، یک منبع جریان ثابت و پیوسته تامین می کند. جریان متناسب با دما استب بنابراین چرخه کار یک استپر موتور باید در حدود 50 درصد محدود شود. سرووموتور کنترل جریانی کارآمد تری را ارائه می دهد زیرا فقط جریانی که به آن نیاز دارد را مصرف می کند. چیزی که در استپر موتور بهتر است قابلیت تولید گشتاور نگهدارنده در سرعت صفر است. سرووموتورها برای تولید گشتاور نگهدارنده توان بیشتری استفاده می کنند.

کنترل جریان موثر میتواد بر عملکرد های دیگر نیز تاثیر مثبت بگذارد به عنوان مثال میتواند باعث کاهش نویز و لرزش شود. مطمئن شوید که موتورتان به درستی سایز شده باشد. موتور های پله ای در صورتی که به درستی سایز نشده باشند نویز ایجاد می کنند. سروو موتور ها نیز در صورتی که به درستی سایز یا تنظیم نشده باشند “شکار” ایجاد می کنند.

موتور های پله ای معمولا از تکنولوژی محرک چاپر جریان ثابت استفاده می کنند و در تمام مدت با جریان کامل کار می کنند. سرووموتورها فقط جریان مورد نیاز برای پروفیل بار را از شبکه می کشند. از آنجایی که جریان متناسب با دما است، این امر منجر به چرخه های کاری بیشتر و عمر طولانی تر سروو موتور می شود.

توانایی سرووموتورها برای اینکه فقط به اندازه مورد نیاز جریان بکشد یک مزیت مهم آنها محسوب می شود که میتواند عمر مفید آنها را افزایش دهد، نویز آنها را برای کاربری های خاص کاهش دهد یا مصرف انرژی آنها را کاهش دهد. برای اینکه یک موتور پله ای همان نوع کنترل جریان کارآمد را ارائه دهد، به فیدبک بیشتری نیاز دارد که نیازمند بستن حلقه است.

خلاصه

برای کمک به انتخاب محصول مناسب، در ادامه خلاصه ای از تفاوت های سرووموتور ها و موتور های پله ای را آورده ایم.

سخن پایانی

در انتخاب محصول همیشه باید دو مولفه ی هزینه و عملکرد را در نظر بگیریم.

بنابه تعریف سرووموتورها قلب الکتروموتور ها هستند. اگر بودجه کافی دارید، یک سرووموتور یک راه حل برای هر مشکلی خواهد داشت. ممکن است برخی موارد بیشتر از حد انتظار باشد که با یک تنظیم مناسب بهترین عملکرد را ارائه خواهد داد. برای کاربری های نقطه به نقطه که به فیدبک نیاز ندارد یک موتور پله ای راه حل مناسبی برای ساده کردن طراحی و کاهش هزینه است.

امروز انتخاب خوبی داشته باشید تا فردا پشیمان نشوید.

منبع: blog.orientalmotor.com

موتور رلوکتانسی

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *