폐쇄 루프스테퍼 모터여러 모션 제어 애플리케이션에서 성능 대비 비용 비율을 변화시켰습니다. VIC 폐루프 프로그레시브 모터의 성공은 값비싼 서보 모터를 저렴한 서보 모터로 대체할 수 있는 가능성을 열어주었습니다.스테퍼 모터점점 더 많은 고수준 산업 자동화 애플리케이션에서 기술의 발전으로 스테퍼 모터와 서보 모터 간의 성능 대 비용 비율이 변화하고 있습니다.
스테퍼 모터 대 서보 모터
일반적인 통념에 따르면, 서보 제어 시스템은 800RPM 이상의 속도와 높은 동적 응답이 요구되는 애플리케이션에서 더 나은 성능을 발휘합니다. 스테퍼 모터는 저속, 저~중 가속, 높은 유지 토크를 필요로 하는 애플리케이션에 더 적합합니다.
그렇다면 스테퍼 모터와 서보 모터에 대한 이러한 통념의 근거는 무엇일까요? 아래에서 더 자세히 분석해 보겠습니다.
1. 단순성과 비용
스테퍼 모터는 서보 모터보다 저렴할 뿐만 아니라 시운전 및 유지 보수도 간편합니다. 스테퍼 모터는 정지 상태에서도 안정적이며 (동적 부하가 가해져도) 위치를 유지합니다. 그러나 특정 응용 분야에서 더 높은 성능이 필요한 경우, 더 비싸고 복잡한 서보 모터를 사용해야 합니다.
2. 구조
스테퍼 모터스테퍼 모터는 자석 코일을 사용하여 자석을 한 위치에서 다음 위치로 점진적으로 끌어당겨 단계적으로 회전합니다. 모터를 어느 방향으로든 100개 위치 이동시키려면 회로에서 모터에 100번의 스테핑 연산을 수행해야 합니다. 스테퍼 모터는 펄스를 사용하여 점진적으로 이동하므로 피드백 센서를 사용하지 않고도 정밀한 위치 제어가 가능합니다.
서보 모터의 동작 방식은 다릅니다. 서보 모터는 위치 센서(즉, 인코더)를 자기 로터에 연결하여 모터의 정확한 위치를 지속적으로 감지합니다. 서보는 모터의 실제 위치와 명령된 위치의 차이를 모니터링하고 그에 따라 전류를 조절합니다. 이 폐루프 시스템은 모터를 정확한 동작 상태로 유지합니다.
3. 속도 및 토크
스테퍼 모터와 서보 모터의 성능 차이는 모터 설계 솔루션의 차이에서 비롯됩니다.스테퍼 모터서보 모터보다 훨씬 많은 극수를 가지므로, 스테퍼 모터가 한 바퀴 회전할 때 훨씬 더 많은 권선 전류 교환이 필요하며, 이로 인해 속도가 증가함에 따라 토크가 급격히 감소합니다. 또한, 최대 토크에 도달하면 스테퍼 모터의 속도 동기화 기능이 상실될 수 있습니다. 이러한 이유로 서보 모터는 대부분의 고속 응용 분야에서 선호되는 솔루션입니다. 반면, 스테퍼 모터의 높은 극수는 저속에서 유리하며, 이는 스테퍼 모터가 동일한 크기의 서보 모터보다 토크 측면에서 유리하기 때문입니다.
속도가 증가함에 따라 스테퍼 모터의 토크는 감소합니다.
4. 포지셔닝
기계의 정확한 위치를 항상 알아야 하는 응용 분야에서 스테퍼 모터와 서보 모터 사이에는 중요한 차이점이 있습니다. 스테퍼 모터로 제어되는 개루프 모션 응용 분야에서 제어 시스템은 모터가 항상 올바른 동작 상태에 있다고 가정합니다. 그러나 부품의 고착으로 인한 모터 정지와 같은 문제가 발생하면 컨트롤러는 기계의 실제 위치를 알 수 없어 위치 손실로 이어질 수 있습니다. 서보 모터의 폐루프 시스템은 장점이 있습니다. 물체에 의해 막히더라도 즉시 감지하여 기계가 작동을 멈추고 위치를 벗어나는 일이 없습니다.
5. 열 및 에너지 소비
개방 루프 스테퍼 모터는 고정 전류를 사용하며 많은 열을 발생시킵니다. 폐쇄 루프 제어는 속도 루프에 필요한 전류만 공급하므로 모터 발열 문제를 방지합니다.
비교 요약
서보 제어 시스템은 로봇 팔과 같이 동적 부하 변화가 발생하는 고속 애플리케이션에 가장 적합합니다. 반면 스테퍼 제어 시스템은 3D 프린터, 컨베이어, 보조 축 등과 같이 저속에서 중속 가속과 높은 유지 토크가 필요한 애플리케이션에 더 적합합니다. 스테퍼 모터는 가격이 저렴하기 때문에 자동화 시스템 비용을 절감할 수 있습니다. 서보 모터의 특성을 활용해야 하는 모션 제어 시스템은 이러한 고비용 모터의 가치를 입증해야 할 것입니다.
폐쇄 루프 제어를 갖춘 스테퍼 모터
전자 제어가 통합된 스테퍼 모터는 2상 브러시리스 DC 모터와 동일하며, 위치 루프 제어, 속도 루프 제어, DQ 제어 및 기타 알고리즘을 수행할 수 있습니다. 폐루프 정류를 위해 단일 회전 절대 엔코더를 사용하여 모든 속도에서 최적의 토크를 보장합니다.
낮은 에너지 소비 및 시원함 유지
VIC 스테퍼 모터는 에너지 효율이 매우 높습니다. 항상 최대 전류 명령으로 작동하여 발열과 소음 문제를 유발하는 개방 루프 스테퍼 모터와 달리, 전류는 가속 및 감속과 같은 실제 동작 조건에 따라 변합니다. 서보 모터와 마찬가지로, 이러한 스테퍼 모터가 특정 순간에 소비하는 전류는 실제 필요한 토크에 비례합니다. 모터와 통합 전자 제어 보드가 더 낮은 온도에서 작동하기 때문에 VIC 스테퍼 모터는 서보 모터에 비해 더 높은 피크 토크를 달성할 수 있습니다.
고속에서도 VIC 스테퍼 모터는 더 적은 전류가 필요합니다.
폐쇄 루프 기술의 발전으로 스테퍼 모터는 이전에는 서보 모터에만 속했던 고성능, 고속 응용 분야에 침투할 수 있게 되었습니다.
폐쇄 루프 기술을 적용한 스테퍼 모터
폐쇄 루프 서보 기술의 장점을 스테퍼 모터에 적용할 수 있다면 어떨까요?
스테퍼 모터의 비용적 이점을 실현하는 동시에 서보 모터와 비슷한 성능을 달성할 수 있을까요?
폐루프 제어 기술을 결합함으로써 스테퍼 모터는 서보 모터와 스테퍼 모터의 장점을 모두 갖춘 저렴한 종합 제품이 될 것입니다. 폐루프 스테퍼 모터는 성능과 에너지 효율을 크게 향상시켜, 점점 더 많은 고표준 애플리케이션에서 고가의 서보 모터를 대체할 수 있습니다.
다음은 폐쇄 루프 제어가 내장된 VIC 통합 스테퍼 모터의 예를 통해 폐쇄 루프 기술을 적용한 스테퍼 모터의 성능과 장단점을 설명합니다.
정확하게 일치하는 성능 요구 사항
외란을 극복하고 스텝 손실을 방지하기 위한 충분한 토크를 확보하기 위해, 개루프 스테퍼 모터는 일반적으로 해당 애플리케이션에 필요한 토크보다 최소 40% 높은 토크를 유지해야 합니다. 폐루프 스테퍼 모터는 이러한 문제가 없습니다. 이러한 스테퍼 모터는 과부하로 인해 정지하더라도 토크 손실 없이 부하를 유지합니다. 과부하 상태가 해제된 후에도 계속 작동합니다. 모든 속도에서 최대 토크를 보장할 수 있으며, 위치 센서는 스텝 손실이 없음을 보장합니다. 따라서 폐루프 스테퍼 모터는 추가 40% 마진 없이 해당 애플리케이션의 토크 요구 사항에 정확히 부합하도록 설계할 수 있습니다.
개방 루프 스테퍼 모터는 스텝 손실 위험으로 인해 높은 순간 토크 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 기존 스테퍼 모터와 비교하여 VIC 폐쇄 루프 스테퍼 모터는 매우 빠른 가속, 낮은 작동 소음 및 낮은 공진을 달성할 수 있습니다. 또한 훨씬 높은 대역폭에서 작동하고 탁월한 성능을 발휘합니다.
캐비닛 없음
Toda는 드라이브 제어 보드와 모터를 통합하여 배선을 줄이고 구현 솔루션을 간소화합니다. Toda를 사용하면 캐비닛 없이도 기계를 제작할 수 있습니다.
스테퍼 모터에 전자 장치를 통합하면 복잡성이 줄어듭니다.
폐루프 기술을 적용한 폐루프 스테퍼 모터는 서보 모터의 성능과 스테퍼 모터의 저렴한 가격을 동시에 제공하며, 뛰어난 정확도와 효율성을 제공합니다. 저가형 스테퍼 모터는 고가형 서보 모터가 주도하던 분야에 점차 진출하고 있습니다.
게시 시간: 2023년 4월 10일