Seleccionar entre un servomotor y un motor paso a paso puede ser todo un reto que involucra el equilibrio de varios factores de diseño. Las consideraciones de costo, el par, la velocidad, la aceleración y los circuitos del variador juegan un papel en la selección del mejor motor para su aplicación.
Diferencias básicas entre motores paso a paso y servomotores
Los motores paso a paso y los servomotores se diferencian en dos formas clave, en su construcción básica y en cómo se controlan. Los motores paso a paso tienen una gran cantidad de polos, pares magnéticos de polos norte y sur generados por un imán permanente o una corriente eléctrica, generalmente de 50 a 100 polos. En comparación, los servomotores tienen muy pocos polos, a menudo de 4 a 12 en total. Cada polo ofrece un punto de parada natural para el eje del motor. El mayor número de polos permite que un motor paso a paso se mueva con precisión y precisión entre cada polo y permite que un paso a paso funcione sin retroalimentación de posición para muchas aplicaciones. Los servomotores a menudo requieren un codificador de posición para realizar un seguimiento de la posición del eje del motor, especialmente si se requieren movimientos precisos.
Conducir un motor paso a paso a una posición precisa es mucho más simple que conducir un servomotor. Con un motor paso a paso, un solo impulso impulsará el eje del motor un paso, de un polo al siguiente. Dado que el tamaño de paso de un motor dado se fija en una cierta cantidad de rotación, moverse a una posición precisa es simplemente una cuestión de enviar el número correcto de pulsos. En contraste, los servomotores leen la diferencia entre la posición actual del codificador y la posición a la que se les ordenó y solo la corriente requerida para moverse a la posición correcta. Con la electrónica digital de hoy, los motores paso a paso son mucho más fáciles de controlar que los servomotores.
Ventajas paso a paso
Los motores paso a paso ofrecen varias ventajas sobre los servomotores más allá de la gran cantidad de polos y un control de la transmisión más sencillo. El diseño del motor paso a paso proporciona un par de retención constante sin la necesidad de que el motor esté encendido. El par de un motor paso a paso a bajas velocidades es mayor que un servomotor del mismo tamaño. Una de las mayores ventajas de los motores paso a paso es su costo y disponibilidad relativamente bajos.
Servo Ventajas
Para aplicaciones donde se necesita alta velocidad y alto par, los servomotores brillan. Los motores paso a paso alcanzan un pico alrededor de velocidades de 2,000 RPM, mientras que los servomotores están disponibles muchas veces más rápido. Los servomotores también mantienen su par motor a alta velocidad, hasta un 90% del par nominal disponible desde un servo a alta velocidad. Los servomotores también son más eficientes que los motores paso a paso con eficiencias entre 80-90%. Un servomotor puede suministrar aproximadamente el doble de su par de torsión nominal durante períodos cortos, lo que proporciona una gran capacidad de extracción cuando sea necesario. Además, los servomotores son silenciosos, están disponibles en unidades de CA y CC, y no vibran ni sufren problemas de resonancia.
Limitaciones paso a paso
Para todas sus ventajas, los motores paso a paso tienen algunas limitaciones que pueden causar importantes problemas de implementación y operación dependiendo de su aplicación. Los motores paso a paso no tienen ninguna potencia de reserva. De hecho, los motores paso a paso pierden una cantidad significativa de su par a medida que se acercan a su velocidad máxima del conductor. Es típica una pérdida del 80% del par nominal al 90% de la velocidad máxima. Los motores paso a paso tampoco son tan buenos como los servomotores para acelerar una carga. Intentar acelerar una carga demasiado rápido donde el paso a paso no puede generar un par de torsión suficiente para avanzar al siguiente paso antes de que el siguiente impulso de conducción produzca un paso omitido y una pérdida de posición. Si la precisión de posición es esencial, la carga en el motor nunca debe exceder su par o el paso a paso debe combinarse con un codificador de posición para garantizar la precisión de posición. Los motores paso a paso también sufren problemas de vibración y resonancia. A ciertas velocidades, dependiendo parcialmente de la dinámica de la carga, un motor paso a paso puede entrar en la resonancia y ser incapaz de conducir la carga.
Esto da como resultado pasos saltados, motores detenidos, vibración excesiva y ruido.
Limitaciones de Servo
Los servomotores son capaces de entregar más potencia que los motores paso a paso, pero requieren circuitos de accionamiento mucho más complejos y retroalimentación posicional para un posicionamiento preciso. Los servomotores también son mucho más caros que los motores paso a paso y, a menudo, son más difíciles de encontrar. Los servomotores a menudo requieren cajas de engranajes, especialmente para operaciones de baja velocidad. El requisito de una caja de cambios y un codificador de posición hacen que los diseños de servomotores sean más complejos mecánicamente y aumentan los requisitos de mantenimiento del sistema. Para colmo, los servomotores son más caros que los motores paso a paso antes de agregar el costo de un codificador de posición.
Resumen
La selección del mejor motor para su aplicación depende de unos pocos criterios de diseño clave para su sistema, incluidos el costo, los requisitos de precisión de posición, los requisitos de par, la disponibilidad de potencia del variador y los requisitos de aceleración. En general, los servomotores son los mejores para aplicaciones de alta velocidad y alto par, mientras que los motores paso a paso son más adecuados para aplicaciones de menor aceleración y alto par.
