Полезно · Серво задвижвания
Серво задвижването и стъпковият двигател правят едно и също — въртят вала на зададен ъгъл, — но по различен начин. Стъпковият двигател се върти на равни стъпки и не знае дали е стигнал позицията. Серво задвижването мери позицията с енкодер и коригира всяко отклонение. От тази разлика следват всички останали: момент при високи обороти, динамика, точност под товар, нагряване и цена. По-долу — сравнението с данни от каталозите, кога кое се избира и какво има между двете.
1. Разликите накратко
| Стъпков двигател | Серво задвижване | |
|---|---|---|
| Управление | отворен контур: всеки импулс към драйвера — една стъпка (или микростъпка) | затворен контур: усилвателят сравнява командата с позицията от енкодера |
| Обратна връзка | няма (освен при стъпков със затворен контур — т. 5) | енкодер; при Delta ASDA-B3 — 24 бита, 16 777 216 импулса на оборот |
| Разделителна способност | стъпка 1,8° = 200 стъпки на оборот; микростъпките я делят допълнително | 46 603 импулса на градус (ASDA-B3) |
| Момент според оборотите | най-голям в покой (задържащ момент) и намалява с оборотите | постоянен до номиналните обороти; кратковременно до 3,5 × номиналния (ASDA-B3) |
| Претоварване | двигателят изпада от синхрон и губи стъпки; контролерът не разбира | усилвателят увеличава тока; ако не стигне — аларма (напр. AL009 — отклонение по позиция, AL006 — претоварване) |
| Динамика | ограничена от спадащия момент и резонансите | честотна лента 3,1 kHz (ASDA-B3), кратко установяване |
| Ток в покой | тече ток, за да държи позицията; драйверите го намаляват | токът следва товара — в покой е малък |
| Настройка | почти няма — ток и микростъпка | коефициенти на усилване, инерция (автоматична настройка) |
| Захранване (типично) | ниско постоянно напрежение — напр. 24…85 V DC за Sitronic SMD1204 | 230 V или 400 V AC за ASDA-B3 |
| Цена на системата | обикновено по-ниска | по-висока, но поема по-голяма мощност и динамика |
Източници: Delta ASDA-B3 каталог EN 07.2024, стр. 1–2; SIT Automation, каталог LOW VOLT 05.2026, стр. 16; IEC TS 60034-20-1:2002.
2. Отворен и затворен контур
При стъпковия двигател контролерът брои подадените импулси и приема, че валът е там, където трябва. Това е вярно, докато моментът на товара е по-малък от момента, който двигателят развива при съответните обороти. Ако го надхвърли — при удар, задръстване или твърде бързо ускорение — роторът изпада от синхрон, губи стъпки и позицията се разминава, без никой да разбере. Затова стъпковите оси обикновено търсят нулата отново при всяко пускане.
Серво усилвателят следи разликата между командата и действителната позиция. При товар той увеличава тока, докато разликата изчезне; ако не успее в допустимите граници, спира с аларма. Кодовете и какво да се направи при Delta — на страниците за ASDA-B3 и ASDA-A3.
3. Как работи стъпковият двигател
По IEC TS 60034-20-1 стъпковият двигател е двигател, чийто ротор се завърта на отделни ъглови стъпки, когато намотките на статора се захранват в програмирана последователност (3.37). Важните величини в листа:
- Ъгъл на стъпката (3.35) — най-често 1,8°, т.е. 200 стъпки на оборот.
- Задържащ момент TH (3.14) — най-големият момент, който задържа захранения двигател неподвижен. Това е моментът в покой, не при работа.
- Момент без ток (detent) (3.10) — колко държи незахраненият двигател с постоянни магнити.
- Момент на изпадане от синхрон (pull-out) (3.26) — най-големият момент при дадена честота на импулсите, без двигателят да губи стъпки. Той намалява с оборотите и е кривата, по която се избира двигателят.
- Резонанс (7.9) — при някои честоти двигателят вибрира и губи момент; драйверите с електронно потискане (electronic damping) го намаляват.
| LIMON SM60HS112465 (стъпков, фланец 60 mm) | Стойност |
|---|---|
| Ъгъл на стъпката | 1,8° (2 фази) |
| Задържащ момент | 4 N·m (мин., двете фази с номинален ток) |
| Номинален ток | 6,5 A |
| Инерция на ротора | 1 100 g·cm² = 1,1 × 10⁻⁴ kg·m² |
| Маса | 2 kg |
Източник: лист на производителя LIMON SM60HS112465; определенията — IEC TS 60034-20-1:2002.
4. Как работи серво задвижването
Серво задвижването е двигател с енкодер и усилвател, който управлява тока по три вложени контура — ток, скорост и позиция. При Delta ASDA-B3 (каталог, стр. 1–2):
- абсолютен енкодер 24 бита — 16 777 216 импулса на оборот, 46 603 на градус; позицията се помни и без захранване;
- честотна лента 3,1 kHz (при ASDA-B2 — 0,5 kHz), времето за установяване е с около 40 % по-кратко;
- обороти до 6000 min⁻¹ и кратковременен момент до 3,5 пъти номиналния.
Пример — Delta ECM-B3M-C20604 (400 W, фланец 60 mm, каталог стр. 41): номинален момент 1,27 N·m до 3300 min⁻¹ в продължителен режим; кратковременно 4,45 N·m до 3000 min⁻¹ и 2,81 N·m при 6000 min⁻¹; инерция на ротора 0,254 × 10⁻⁴ kg·m², маса 1,2 kg.
Внимание при сравнението по каталог: 4 N·m задържащ момент на стъпковия SM60HS112465 и 1,27 N·m номинален момент на сервото не се сравняват пряко. Първото е моментът в покой и пада с оборотите; второто е моментът, който сервото дава продължително до 3300 min⁻¹, с резерв до 4,45 N·m за ускорение. Сравнява се моментът при работните обороти — от кривата на стъпковия двигател и от кривата T-N на сервото.
5. Междинен вариант: стъпков двигател със затворен контур
Има стъпкови двигатели с енкодер, при които драйверът следи позицията — „Smart Mode“ при Sitronic SMD1204, комплектите Ezi-SERVO на Fastech (SIT Automation, стр. 16 и 19). Част от драйверите за отворен контур откриват изпадането от синхрон (Fastech Ezi-STEP, стр. 18). Така стъпковият двигател вече не губи позицията незабелязано, но остава с характерната си крива на момента. За малки оси с умерена динамика това е разумен компромис; за висока динамика, голяма мощност и 230/400 V AC — серво.
6. Кога стъпков и кога серво
| Изберете стъпков, когато | Изберете серво, когато |
|---|---|
| оборотите са ниски и средни, а моментът при тях е с достатъчен резерв | нужни са високи обороти или голям момент при висока скорост |
| товарът е постоянен и известен, без удари | товарът се мени, има удари или риск от задръстване |
| загубата на позиция не е опасна (ос с търсене на нула при пускане) | позицията трябва да е сигурна — грешката се открива и спира машината |
| мощността е малка и се захранва с ниско постоянно напрежение | мощността е стотици вата и повече, захранване 230/400 V AC |
| важна е простотата и цената на една ос | важна е производителността — по-кратки цикли и установяване |
| задържане в позиция без допълнителна спирачка (при захранен двигател) | нужни са синхронни оси, електронна гърбица, мрежа (CANopen, EtherCAT) |
Как се избира — проверките
- Цикъл на движение — ход, време, ускорение, пауза; от него — обороти и ускорение на вала.
- Момент при работните обороти — за стъпков от кривата pull-out, с резерв; за серво — продължителният момент за цикъла (ефективна стойност) и пиковият при ускорение.
- Инерция — приведената инерция на товара към инерцията на двигателя; при нужда — редуктор: инерцията намалява с квадрата на предавателното число (вж. как се избира планетарен редуктор).
- Какво става при грешка — може ли машината да продължи с изгубена позиция?
- Цялата система — двигател, драйвер или усилвател, захранване, кабели, енкодер, спирачка.
Въпроси и отговори
Защо стъпковият двигател губи стъпки?
Защото моментът на товара или на ускорението е надхвърлил момента, който двигателят развива при тези обороти (pull-out, IEC TS 60034-20-1, 3.26), или двигателят работи в резонанс. Без енкодер драйверът не разбира и продължава да брои.
Защо стъпковият двигател се загрява и когато стои?
За да държи позицията, през намотките тече ток и в покой. Драйверите имат намаляване на тока при покой — това намалява нагряването, но и задържащия момент.
Значи ли 16 777 216 импулса на оборот, че сервото е точно до 1/16 777 216 оборота?
Не — това е разделителната способност на енкодера. Точността на машината зависи още от механиката (хлабина на редуктора, винта, ремъка), от коравината и от настройката.
Може ли стъпков двигател да се замени със серво без промяна в контролера?
Често да: серво усилвателите приемат същите импулси „стъпка/посока“ като стъпковите драйвери (режим PT при Delta). Пресмята се наново електронният редуктор — колко импулса на оборот очаква контролерът.
Нужна ви е помощ при избора?
Изпратете ни движението — ход, време, маса, точност — и ще предложим двигател и усилвател Delta, при нужда и редуктор, с проверка на момента и инерцията.
Изпратете запитванеСерво задвижвания DeltaПланетарен редуктор — подбор
Източници: IEC TS 60034-20-1:2002 (3.10, 3.14, 3.26, 3.35, 3.37, 7.9); LIMON SM60HS112465 — лист на двигателя; SIT Automation, каталог LOW VOLT 05.2026, стр. 16, 18, 19; Delta ASDA-B3 каталог EN 07.2024 (PDF), стр. 1, 2, 41; Delta ASDA-B3 User Manual EN 08.01.2025 (PDF). Статията е обновена на 03.10.2026; първото издание е от 22.05.2025.