Worin besteht der Unterschied zwischen einem Wechselstrom-Servomotor und einem Schrittmotor?

Im Bereich der Bewegungssteuerung sind AC-Servomotoren und Schrittmotoren zwei weit verbreitete Motortypen, jeder mit seinen eigenen einzigartigen Eigenschaften, Vorteilen und Anwendungen. Als Lieferant von AC-Servomotoren habe ich aus erster Hand die unterschiedlichen Bedürfnisse der Kunden und die entscheidende Rolle dieser Motoren in verschiedenen Branchen miterlebt. Ziel dieses Blogs ist es, sich mit den Unterschieden zwischen AC-Servomotoren und Schrittmotoren zu befassen und Ihnen dabei zu helfen, eine fundierte Entscheidung bei der Auswahl des richtigen Motors für Ihre spezifischen Anforderungen zu treffen.

Grundlegende Arbeitsprinzipien

Beginnen wir damit, die grundlegenden Funktionsprinzipien dieser beiden Motortypen zu verstehen.

Ein Schrittmotor funktioniert, indem er eine volle Umdrehung in mehrere diskrete Schritte aufteilt. Es bewegt sich in diesen festen Schritten als Reaktion auf elektrische Impulse, die von einer Steuerung gesendet werden. Jeder Impuls entspricht einer bestimmten Winkelbewegung und ermöglicht so eine präzise Steuerung der Motorposition. Beispielsweise könnte ein gewöhnlicher Schrittmotor einen Schrittwinkel von 1,8 Grad haben, was bedeutet, dass er sich bei jedem Impuls um 1,8 Grad bewegt. Dies macht Schrittmotoren ideal für Anwendungen, bei denen eine präzise Positionierung ohne kontinuierliche Rückmeldung erforderlich ist.

Andererseits ist ein AC-Servomotor ein Regelsystem mit geschlossenem Regelkreis. Es besteht aus einem Motor, einem Antrieb und einem Feedback-Gerät wie einem Encoder. Der Antrieb erhält von der Steuerung ein Führungssignal, das die gewünschte Position, Geschwindigkeit oder das gewünschte Drehmoment vorgibt. Der Encoder überwacht kontinuierlich die aktuelle Position, Geschwindigkeit oder das Drehmoment des Motors und sendet diese Informationen an den Antrieb zurück. Der Antrieb vergleicht dann die Istwerte mit den Sollwerten und passt die Motorleistung entsprechend an. Dieser Rückkopplungsmechanismus ermöglicht AC-Servomotoren eine hochpräzise Steuerung und hervorragende dynamische Leistung.

Leistungsmerkmale

Positionierungsgenauigkeit

Schrittmotoren bieten eine relativ gute Positioniergenauigkeit. Ohne zusätzliche Rückmeldung können sie eine Positionierungsgenauigkeit von ca. ± 3 - 5 % eines Schrittes erreichen. Diese Genauigkeit kann jedoch durch Faktoren wie Lastschwankungen, Resonanz und Schrittverlust beeinträchtigt werden. Bei hochpräzisen Anwendungen kann das Fehlen einer kontinuierlichen Rückmeldung die Leistung einschränken.

AC-Servomotoren können mit ihrem geschlossenen Regelsystem eine wesentlich höhere Positioniergenauigkeit erreichen. Abhängig von der Qualität des Encoders und des Steueralgorithmus können sie typischerweise eine Genauigkeit von ± 0,01 Grad oder sogar besser erreichen. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine äußerst präzise Positionierung erfordern, wie etwa die Halbleiterfertigung, CNC-Bearbeitung und Robotik.

Geschwindigkeitsbereich

Schrittmotoren haben im Allgemeinen einen begrenzten Drehzahlbereich. Ihre Höchstgeschwindigkeit liegt typischerweise im Bereich von 1000 – 3000 U/min. Bei höheren Geschwindigkeiten nimmt die Drehmomentabgabe eines Schrittmotors erheblich ab und es kann zu Schrittverlusten oder Resonanzproblemen beim Motor kommen.

AC-Servomotoren hingegen haben einen viel größeren Drehzahlbereich. Sie können je nach Motorkonstruktion von sehr niedrigen Drehzahlen (sogar bis zu null U/min) bis zu hohen Drehzahlen von bis zu 6000 U/min oder mehr betrieben werden. Die Drehmomentabgabe eines AC-Servomotors bleibt über einen weiten Drehzahlbereich relativ konstant, was einen reibungslosen und effizienten Betrieb bei unterschiedlichen Drehzahlen ermöglicht.

Drehmomenteigenschaften

Schrittmotoren bieten im Ruhezustand ein hohes Haltemoment, was bedeutet, dass sie ihre Position beibehalten können, ohne dass ständig Strom zugeführt werden muss. Allerdings sind ihre dynamischen Drehmomenteigenschaften relativ schlecht. Mit zunehmender Drehzahl nimmt das verfügbare Drehmoment rapide ab.

AC-Servomotoren bieten ein hohes dynamisches Drehmoment. Sie können auch bei hohen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment liefern und eignen sich daher für Anwendungen, die eine schnelle Beschleunigung und Verzögerung erfordern, wie z. B. Pick-and-Place-Roboter und Hochgeschwindigkeitsverpackungsmaschinen.

Kostenüberlegungen

Bei der Wahl zwischen einem AC-Servomotor und einem Schrittmotor sind die Kosten ein wichtiger Faktor.

Schrittmotoren sind im Allgemeinen kostengünstiger als AC-Servomotoren. Sie haben ein einfacheres Design und erfordern kein komplexes Feedbacksystem, was ihre Herstellungskosten senkt. Darüber hinaus sind die Steuerungen für Schrittmotoren in der Regel günstiger als die für AC-Servomotoren. Dies macht Schrittmotoren zu einer beliebten Wahl für Anwendungen mit begrenztem Budget, wie etwa kleine Automatisierungsprojekte und 3D-Drucker.

AC-Servomotoren sind aufgrund ihrer fortschrittlicheren Technologie und der Notwendigkeit eines Rückkopplungsgeräts und eines hochentwickelten Antriebs teurer. Bei der Betrachtung der Gesamtkosten eines Systems ist es jedoch wichtig, die Leistungsanforderungen zu berücksichtigen. Bei Anwendungen, bei denen hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit und hervorragende dynamische Leistung unerlässlich sind, können die zusätzlichen Kosten eines AC-Servomotors durch die verbesserte Produktivität und Qualität des Endprodukts gerechtfertigt sein.

Anwendungen

Die unterschiedlichen Leistungsmerkmale von AC-Servomotoren und Schrittmotoren machen sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet.

Schrittmotoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine kostengünstige Positionierung mit mittlerer Präzision erforderlich ist. Einige Beispiele sind:

• 3D-Drucker: Sie dienen zur Steuerung der Bewegung des Druckkopfs und der Bauplattform und sorgen für eine präzise Positionierung beim schichtweisen Drucken.
• CNC-Fräser: In kleinen CNC-Fräsmaschinen können Schrittmotoren zur Steuerung der Bewegung des Schneidwerkzeugs verwendet werden, insbesondere bei Anwendungen, bei denen keine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erforderlich ist.
• Fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs): Für einfache AGV-Anwendungen mit relativ niedrigen Geschwindigkeits- und Bewegungsanforderungen mit geringer Präzision können Schrittmotoren eine kostengünstige Lösung sein.

AC-Servomotoren werden in Anwendungen bevorzugt, die hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit und hervorragende dynamische Leistung erfordern. Einige Beispiele sind:

• CNC-Bearbeitungszentren: Sie dienen zur Steuerung der Bewegung der Spindel und der Achsen des Bearbeitungszentrums und ermöglichen so die Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsbearbeitung komplexer Teile. Sie können ein passendes findenDrehmaschinen-Servomotor mit Antriebssteuerungfür Ihre CNC-Drehmaschinenanwendungen.
• Robotik: In Industrierobotern werden AC-Servomotoren zur Steuerung der Gelenke verwendet, was eine präzise und reibungslose Bewegung des Roboterarms ermöglicht.
• Ausrüstung zur Halbleiterherstellung: Für Prozesse wie Wafer-Handling und Chip-Bonding, bei denen extrem hohe Präzision erforderlich ist, sind AC-Servomotoren die erste Wahl. Wenn Sie auf der Suche nach einem leistungsstarken Motor sind, dann ist unser7,5 kW 380 V AC-Servomotorkann Ihre Bedürfnisse erfüllen.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen einem AC-Servomotor und einem Schrittmotor von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, darunter Positionierungsgenauigkeit, Geschwindigkeitsbereich, Drehmomentanforderungen, Kosten und Anwendung. Als Lieferant von AC-Servomotoren bieten wir eine breite Palette hochwertiger Produkte anServomotor mit Kabel und AntriebProdukte, die den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden können.

Wenn Sie gerade dabei sind, einen Motor für Ihr Projekt auszuwählen und weitere Informationen oder Beratung benötigen, können Sie uns gerne für ein ausführliches Gespräch kontaktieren. Unser Expertenteam hilft Ihnen gerne bei der Auswahl des am besten geeigneten Motors und bietet Ihnen eine maßgeschneiderte Lösung.

Referenzen

• „Motion Control Handbook“, von Peter Nachtwey
• „Elektromotoren und Antriebe: Grundlagen, Typen und Anwendungen“, von Austin Hughes und Bill Drury