Schrittmotoren werden oft fälschlicherweise als die schwächeren Servomotoren angesehen, sind aber genau wie Servomotoren äußerst zuverlässig. Mit hohem Drehmoment und geringer Vibration bei niedrigen Drehzahlen arbeitet der kundenspezifische Schrittmotor durch präzise Synchronisierung mit dem vom Controller an den Treiber ausgegebenen Impulssignal und ermöglicht so eine hochpräzise Positionierung und Geschwindigkeitsregelung. Schrittmotoren lassen sich in offene und geschlossene Schrittmotoren unterteilen. Leili Motor erläutert diese beiden Schrittmotortypen und fünf wesentliche Vorteile von geschlossenen Schrittmotoren.
Schrittmotor mit offenem Regelkreis
Schrittmotoren mit offenem Regelkreis wandeln elektrische Impulssignale in Winkelbewegungen um und finden in einem breiten Anwendungsspektrum Anwendung. Im nicht überlasteten Zustand hängen Drehzahl und Stoppposition des Motors ausschließlich von der Frequenz des Impulssignals und der Anzahl der Impulse ab und werden nicht durch Laständerungen beeinflusst. Bei Empfang eines Impulssignals steuert der Schrittmotortreiber den Schrittmotor schrittweise um einen festen Winkel, den sogenannten „Schrittwinkel“. Die Drehung erfolgt schrittweise um einen festen Winkel.
Der Winkelhub lässt sich durch die Anzahl der Impulse steuern, um eine präzise Positionierung zu erreichen. Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motordrehung lassen sich durch die Impulsfrequenz steuern, um eine Drehzahlregelung zu erreichen.
Ein Schrittmotor ist ein Induktionsmotor, der mithilfe einer elektronischen Schaltung, einem Treiber, Gleichstrom in einen zeitsynchronen, mehrphasigen Taktsteuerstrom umwandelt. Obwohl Schrittmotoren mit Gleichstrom betrieben werden, sind sie nicht mit Gleichstrommotoren vergleichbar. Diese sind Leistungsmotoren, die Gleichstrom in mechanische Energie umwandeln. Schrittmotoren hingegen sind Motoren mit offenem Regelkreis, die elektrische Impulssignale in Winkelbewegungen umwandeln.
Sieben Unterschiede zwischen Schrittmotor und Servomotor
Schrittmotoren werden in Anwendungen mit niedriger Drehzahl (bis zu 1.000 U/min) eingesetzt, wobei der optimale Arbeitsbereich bei 150–500 U/min liegt. Der optimale Arbeitsbereich eines Schrittmotors mit geschlossenem Regelkreis kann jedoch bei 1.500 U/min liegen. 2-Phasen-Schrittmotoren mit 60–70 U/min neigen zu Resonanzen bei niedriger Drehzahl und erzeugen Vibrationen und Lärm. Dies muss durch Ändern des Untersetzungsverhältnisses, Erhöhen der Unterteilung und Hinzufügen magnetischer Dämpfer usw. vermieden werden. Wenn die Genauigkeit des Schrittwinkels bei einer Unterteilungsstufe über 4 nicht gewährleistet werden kann, sollten Sie ihn besser durch einen Schrittmotor mit mehr Phasen (d. h. kleinerem Schrittwinkel) oder einen Schrittmotor mit geschlossenem Regelkreis oder einen Servomotor ersetzen.
● Regelgenauigkeit
Die Regelgenauigkeit des Servomotors kann je nach Encoder für höhere Genauigkeit eingestellt werden.
● Niederfrequenzverhalten
Schrittmotoren neigen bei niedrigen Frequenzen zu Vibrationen, Servomotoren hingegen nicht.
● Drehmoment-Frequenz-Verhalten
Das Drehmoment des Schrittmotors nimmt mit zunehmender Drehzahl ab, sodass seine maximale Betriebsdrehzahl in der Regel unter 1.000 U/min liegt. Servomotoren können innerhalb der Nenndrehzahl (in der Regel 3.000 U/min) das Nenndrehmoment bei konstanter Leistung abgeben, die Maximaldrehzahl kann 5.000 U/min betragen.
● Überlastbarkeit
Der kundenspezifische Schrittmotor kann nicht überlastet werden, Servomotoren jedoch bis zum Dreifachen des maximalen Drehmoments.
● Betriebsverhalten
Der Schrittmotor arbeitet mit offenem Regelkreis, der Servomotor mit geschlossenem Regelkreis.
● Drehzahlverhalten
Der Schrittmotor startet innerhalb von 0,15–0,5 s, der Servomotor benötigt jedoch nur 0,15–0,5 s zum Starten. Der Servomotor erreicht die Nenndrehzahl von 3.000 U/min in nur 0,01 s.
● Effizienzanzeige
Der Schrittmotor hat einen Wirkungsgrad von ca. 60 %, der Servomotor von ca. 80 %.
● Kosten
Im praktischen Einsatz werden Sie feststellen, dass Servomotoren deutlich teurer sind als Schrittmotoren. Daher werden Schrittmotoren häufiger eingesetzt, insbesondere in Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit.
Sechs Vorteile von Closed-Loop-Schrittmotoren
Ein Closed-Loop-Schrittmotor ist ein Schrittmotor mit einem am Motorende angebrachten Encoder, der eine Regelung ermöglicht. Die Closed-Loop-Regelung eines Schrittmotors ist ein Servosystem, das Positions- und/oder Geschwindigkeitsrückmeldung nutzt, um den mit der Rotorposition kompatiblen Phasenübergang zu bestimmen. Dies kann die Leistung von Schrittmotoren deutlich verbessern, ohne dass es zu Verlustschritten kommt. Hier werden sechs wichtige Vorteile von Closed-Loop-Schrittmotoren erläutert, um Ihnen ein besseres Verständnis ihrer Eigenschaften zu ermöglichen.
1. Hohe Reaktionsgeschwindigkeit
Im Vergleich zu Servomotoren kann ein Closed-Loop-Schrittmotor den Positionierbefehlen präzise folgen, was zu extrem kurzen Positionierzeiten führt. Bei Anwendungen mit häufigen Starts und Stopps kann die Positionierzeit deutlich reduziert werden.
2. Höheres Drehmoment als ein Servomotor
Der Closed-Loop-Schrittmotor gleicht die Nachteile herkömmlicher Schrittmotoren wie Taktungenauigkeiten und Vibrationen bei niedriger Drehzahl aus.
3. Hohes Drehmoment und Taktungenauigkeiten sind selbst unter 100 % Last möglich, sodass Drehmomentverluste wie bei herkömmlichen Schrittmotoren nicht berücksichtigt werden müssen.
4. Der Closed-Loop-Antrieb steigert den Wirkungsgrad um das 7,8-Fache, die Ausgangsleistung um das 3,3-Fache und die Drehzahl um das 3,6-Fache. Der Closed-Loop-Schrittmotor erreicht eine höhere, stabilere und gleichmäßigere Betriebsdrehzahl als ein Open-Loop-Antrieb.
5. Der Closed-Loop-Schrittmotor steht nach dem Stillstand vollständig still, ohne die Mikrovibrationen herkömmlicher Servomotoren. Er kann herkömmliche Servosysteme ersetzen, wenn eine kostengünstige und hochpräzise Positionierung erforderlich ist.
6. Der Closed-Loop-Schrittmotor erzeugt weniger Hitze und Vibrationen als der Open-Loop-Schrittmotor. Durch die Encoder-Rückmeldung ist die Genauigkeit höher als bei herkömmlichen Schrittmotoren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich der Closed-Loop-Schrittmotor durch niedrige Kosten, hohe Effizienz, keine Mikrovibrationen beim Anhalten, hohe Steifigkeit, keine Gleichrichtung, hohe Geschwindigkeit und hohe Dynamik auszeichnet. Daher ist er die kostengünstigste Lösung, um teure Servosysteme und einfache Open-Loop-Schrittmotorsysteme zu ersetzen.
Für weitere Informationen zu Closed-Loop-Schrittmotoren wenden Sie sich bitte an Leili Motor, einen der zehn führenden chinesischen NEMA-23-Schrittmotorhersteller.
