Schrittmotoren sind diskrete Bewegungsgeräte und bilden eine wesentliche Verbindung zur modernen digitalen Steuerungstechnik. In aktuellen digitalen Steuerungssystemen finden Schrittmotoren breite Anwendung. Mit dem Aufkommen volldigitaler AC-Servosysteme finden auch AC-Servomotoren zunehmend Eingang in digitale Steuerungssysteme. Um dem Entwicklungstrend der digitalen Steuerung gerecht zu werden, verwenden die meisten Bewegungssteuerungssysteme Schrittmotoren oder volldigitale AC-Servomotoren als Motorimplementierung. Obwohl sich beide im Steuerungsmodus (Burst- und Richtungssignale) ähneln, gibt es erhebliche Unterschiede in Leistung und Anwendung. Vergleichen Sie nun die Leistung der beiden.

Die Regelgenauigkeit ist unterschiedlich

Der Schrittwinkel zweiphasiger Hybrid-Schrittmotoren beträgt üblicherweise 3,6 Grad und 1,8 Grad, während der Schrittwinkel fünfphasiger Hybrid-Schrittmotoren üblicherweise 0,72 Grad und 0,36 Grad beträgt. Es gibt auch einige Hochleistungs-Schrittmotoren mit kleineren Schrittwinkeln. Beispielsweise produziert das Unternehmen einen Schrittmotor für eine Laufdrahtmaschine mit einem Schrittwinkel von 0,09 Grad. Die dreiphasigen Hybrid-Schrittmotoren der deutschen Firma BERGERLAHR (100 Lattice Company) können mit einem Drehschalter auf die Schrittwinkel von 1,8 Grad, 0,9 Grad, 0,72 Grad, 0,36 Grad, 0,18 Grad, 0,09 Grad, 0,072 Grad und 0,036 Grad eingestellt werden und sind mit den Schrittwinkeln zweiphasiger und fünfphasiger Hybrid-Schrittmotoren kompatibel.

Die Genauigkeit des AC-Servomotors wird durch den Drehgeber an der Rückseite der Motorwelle gewährleistet. Bei volldigitalen AC-Servomotoren von Panasonic, beispielsweise mit einem Standardmotor mit 2500-adrigem Encoder, verwendet der Treiber die Vierfachfrequenztechnologie, was einem Impulsäquivalent von 360 Grad / 10000 / 0,3036 Grad entspricht. Bei Motoren mit 17-Bit-Encodern empfängt der Treiber 217 = 131072 Impulse pro Motorumdrehung, d. h. ein Impulsäquivalent von 360 Grad / 131072 = 9,89 Sekunden. Dies entspricht 1/655 des Impulsäquivalents eines Schrittmotors mit einem Schrittwinkel von 1,8 Grad.

Niederfrequenzeigenschaften sind unterschiedlich

Schrittmotoren neigen bei niedriger Drehzahl zu niederfrequenten Vibrationen. Die Vibrationsfrequenz hängt vom Lastzustand und der Antriebsleistung ab. Es wird allgemein angenommen, dass die Vibrationsfrequenz der Hälfte der Leerlauffrequenz des Motors entspricht. Diese niederfrequenten Vibrationen, die durch das Funktionsprinzip des Schrittmotors bedingt sind, beeinträchtigen den normalen Betrieb der Maschine erheblich. Bei niedrigen Drehzahlen des Schrittmotors sollte grundsätzlich eine Dämpfungstechnologie eingesetzt werden, um die niederfrequenten Vibrationen zu reduzieren, z. B. durch einen Motor mit Dämpfer oder durch den Einsatz einer Untertechnologie im Antrieb.

Der AC-Servomotor läuft sehr ruhig, selbst bei niedriger Geschwindigkeit treten keine Vibrationen auf. Das AC-Servosystem verfügt über eine Resonanzunterdrückungsfunktion, die den Mangel an mechanischer Steifigkeit ausgleichen kann. Das System verfügt über eine Frequenzauflösungsfunktion (FFT), die den mechanischen Resonanzpunkt erkennen und das System einfach einstellen kann.

Momentfrequenzeigenschaften sind unterschiedlich

Das Ausgangsdrehmoment des Schrittmotors verringert sich mit zunehmender Drehzahl und sinkt bei höheren Drehzahlen drastisch, sodass die maximale Betriebsdrehzahl typischerweise zwischen 300 und 600 U/min liegt. Ein AC-Servomotor kann bei konstanter Drehmomentabgabe, d. h. innerhalb seiner Nenndrehzahl (normalerweise 2000 U/min oder 3000 U/min), das Nenndrehmoment abgeben, oberhalb der Nenndrehzahl bei konstanter Leistungsabgabe.

Überlastfähigkeit ist anders

Schrittmotoren sind im Allgemeinen nicht überlastbar. AC-Servomotoren hingegen sind stark überlastbar. Das AC-Servosystem von Panasonic beispielsweise verfügt über eine Drehzahl- und Drehmomentüberlastfähigkeit. Das maximale Drehmoment beträgt das Dreifache des Nenndrehmoments und kann genutzt werden, um das Trägheitsmoment der Last beim Einschalten zu überwinden. Da Schrittmotoren keine solche Überlastfähigkeit aufweisen, muss zur Überwindung dieses Trägheitsmoments oft ein höheres Drehmoment gewählt werden. Im Normalbetrieb der Maschine, ohne dass ein so hohes Drehmoment erforderlich ist, kommt es zu Momentverlusten.

Die Laufleistung ist anders

Bei der Schrittmotorsteuerung handelt es sich um eine offene Regelung. Wenn die Startfrequenz zu hoch oder die Last zu groß ist, besteht die Gefahr des Stehlens oder Blockierens. Bei zu hoher Stoppgeschwindigkeit besteht die Gefahr des Überschwingens. Um die Steuerungsgenauigkeit sicherzustellen, muss das Problem mit L und der Verlangsamung gelöst werden.

AC-Servoantriebssystem für die Regelung mit geschlossenem Regelkreis, der Treiber kann das Rückkopplungssignal des Motorgebers direkt abtasten, die interne Konfiguration des Positionsrings und der Geschwindigkeitsschleife, im Allgemeinen treten keine Schritt- oder Überschwingphänomene des Schrittmotors auf, und die Regelungsleistung ist zuverlässiger.

Die Geschwindigkeitsreaktionsleistung ist unterschiedlich

Ein Schrittmotor benötigt 200 bis 400 Millisekunden, um von der statischen Beschleunigung auf die Betriebsgeschwindigkeit (normalerweise Hunderte von Umdrehungen pro Minute) zu gelangen. AC-Servosysteme haben eine bessere Beschleunigungsleistung. Ein Panasonic MSMA400W AC-Servomotor beispielsweise benötigt nur wenige Millisekunden, um von der statischen Beschleunigung auf seine Nenngeschwindigkeit von 3000 U/min zu gelangen und kann für schnelle Start- und Stopp-Steuerungen verwendet werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AC-Servosysteme Schrittmotoren in vielen Leistungsbereichen überlegen sind. In weniger anspruchsvollen Anwendungen wird jedoch häufig ein Schrittmotor eingesetzt. Berücksichtigen Sie daher bei der Entwicklung des Steuerungssystems die Steuerungsanforderungen, Kosten und andere Faktoren und wählen Sie die passende Motorsteuerung.

Ein Schrittmotor ist ein Aktuator, der elektrische Impulse in Winkelbewegungen umwandelt. Man sagt oft, dass der Schrittmotortreiber, wenn er ein Impulssignal empfängt, den Schrittmotor antreibt, um einen festen Winkel (und Schrittwinkel) in die eingestellte Richtung zu drehen.

Sie können die Anzahl der Impulse steuern, um die Winkelverschiebung zu steuern und so eine genaue Positionierung zu erreichen. Gleichzeitig können Sie die Impulsfrequenz steuern, um die Motordrehzahl und -beschleunigung zu steuern und so die Geschwindigkeit zu erreichen.

Schrittmotoren werden in drei Arten unterteilt: Permanentmagnet (PM), Blindleistungsmotor (VR) und Hybridmotor (HB).

Der Permanentmagnetschritt ist im Allgemeinen zweiphasig, das Drehmoment und das Volumen sind gering, der Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 7,5 Grad oder 15 Grad;

Der Reaktionsschritt ist im Allgemeinen dreiphasig und kann ein großes Drehmoment erreichen. Der Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 1,5 Grad, aber es treten große Geräusche und Vibrationen auf. In Europa, den Vereinigten Staaten und anderen Industrieländern wurde dies vor 80 Jahren eliminiert.

Der gemischte Schrittmotor bietet den Vorteil, Permanentmagnetismus und Reaktionstyp zu mischen. Er wird in zweiphasige und fünfphasige unterteilt: Der zweistufige steile Winkel beträgt in der Regel 1,8 Grad und der fünfstufige steile Winkel in der Regel 0,72 Grad. Dieser Schrittmotor ist der am weitesten verbreitete.