폐쇄 루프스테퍼 모터VIC 폐루프 프로그레시브 모터는 많은 모션 제어 애플리케이션에서 성능 대비 비용 비율을 변화시켰습니다. 또한, VIC 폐루프 프로그레시브 모터의 성공은 고가의 서보 모터를 저렴한 모터로 대체할 수 있는 가능성을 열어주었습니다.스테퍼 모터점점 더 많은 고수준 산업 자동화 애플리케이션에서 기술 발전으로 인해 스테퍼 모터와 서보 모터 간의 성능 대비 비용 비율이 변화하고 있습니다.
스테퍼 모터와 서보 모터 비교
일반적으로 서보 제어 시스템은 800RPM 이상의 속도와 높은 동적 응답이 요구되는 응용 분야에서 더 나은 성능을 보입니다. 반면 스테퍼 모터는 저속, 저속에서 중속 정도의 가속도, 그리고 높은 유지 토크가 요구되는 응용 분야에 더 적합합니다.
그렇다면 스테퍼 모터와 서보 모터에 대한 이러한 통념의 근거는 무엇일까요? 아래에서 좀 더 자세히 분석해 보겠습니다.
1. 간편성 및 비용
스테퍼 모터는 서보 모터보다 가격이 저렴할 뿐만 아니라 설치 및 유지 보수도 더 간단합니다. 스테퍼 모터는 정지 상태에서 안정적이며 동적 부하가 가해져도 위치를 유지합니다. 하지만 특정 응용 분야에서 더 높은 성능이 요구되는 경우에는 더 비싸고 복잡한 서보 모터를 사용해야 합니다.
2. 구조
스테퍼 모터스테퍼 모터는 자기 코일을 이용하여 자석을 한 위치에서 다음 위치로 점진적으로 이동시켜 단계적으로 회전합니다. 모터를 어느 방향으로든 100칸 이동시키려면 100번의 스텝 구동이 필요합니다. 스테퍼 모터는 펄스를 이용하여 단계적인 움직임을 구현하므로 피드백 센서 없이도 정밀한 위치 제어가 가능합니다.
서보 모터의 작동 방식은 다릅니다. 서보 모터는 위치 센서(즉, 엔코더)를 자기 회전자에 연결하여 모터의 정확한 위치를 지속적으로 감지합니다. 서보는 모터의 실제 위치와 명령된 위치의 차이를 모니터링하고 그에 따라 전류를 조절합니다. 이러한 폐루프 시스템을 통해 모터는 항상 정확한 동작 상태를 유지합니다.
3. 속도 및 토크
스테퍼 모터와 서보 모터의 성능 차이는 모터 설계 방식의 차이에서 비롯됩니다.스테퍼 모터스테퍼 모터는 서보 모터보다 극 수가 훨씬 많기 때문에 한 바퀴 회전하는 데 훨씬 더 많은 권선 전류 교환이 필요하며, 이로 인해 속도가 증가함에 따라 토크가 급격히 감소합니다. 또한 최대 토크에 도달하면 스테퍼 모터는 속도 동기화 기능을 잃을 수 있습니다. 이러한 이유로 대부분의 고속 애플리케이션에서는 서보 모터가 선호됩니다. 반면, 스테퍼 모터의 많은 극 수는 저속에서 유리한데, 동일한 크기의 서보 모터보다 저속에서 토크가 더 크기 때문입니다.
속도가 증가함에 따라 스테퍼 모터의 토크는 감소합니다.
4. 위치 선정
기계의 정확한 위치를 항상 파악해야 하는 응용 분야에서 스테퍼 모터와 서보 모터 사이에는 중요한 차이점이 있습니다. 스테퍼 모터로 제어되는 개루프 모션 응용 분야에서 제어 시스템은 모터가 항상 정확한 동작 상태에 있다고 가정합니다. 그러나 부품 고착으로 모터가 멈추는 등의 문제가 발생하면 제어기는 기계의 실제 위치를 파악할 수 없게 되어 위치 오차가 발생할 수 있습니다. 서보 모터의 폐루프 시스템은 이러한 문제에 대한 해결책을 제시합니다. 서보 모터는 물체에 의해 고착될 경우 즉시 이를 감지하여 기계의 작동을 멈추고 정확한 위치를 유지합니다.
5. 열 및 에너지 소비
개방 루프 스테퍼 모터는 고정 전류를 사용하며 많은 열을 발생시킵니다. 폐쇄 루프 제어는 속도 제어에 필요한 전류만 공급하므로 모터 과열 문제를 방지합니다.
비교 요약
서보 제어 시스템은 로봇 팔처럼 동적 부하 변화가 있는 고속 동작에 가장 적합합니다. 반면 스테퍼 제어 시스템은 3D 프린터, 컨베이어, 서브 축 등과 같이 낮은 가속도에서 중간 가속도, 높은 유지 토크가 요구되는 응용 분야에 더 적합합니다. 스테퍼 모터는 가격이 저렴하기 때문에 자동화 시스템의 비용을 절감할 수 있습니다. 하지만 서보 모터의 특성을 활용해야 하는 모션 제어 시스템의 경우, 이러한 고가의 모터가 그만한 가치가 있음을 입증해야 합니다.
폐루프 제어 방식의 스테퍼 모터
전자 제어 기능이 통합된 스테퍼 모터는 2상 브러시리스 DC 모터와 동일하며, 위치 루프 제어, 속도 루프 제어, DQ 제어 및 기타 알고리즘을 수행할 수 있습니다. 폐루프 정류에는 단회전 절대 엔코더가 사용되어 모든 속도에서 최적의 토크를 보장합니다.
낮은 에너지 소비량과 뛰어난 냉방 성능
VIC 스테퍼 모터는 에너지 효율이 매우 뛰어납니다. 항상 최대 전류로 작동하여 발열과 소음 문제를 일으키는 개방 루프 스테퍼 모터와 달리, VIC 스테퍼 모터는 가속 및 감속과 같은 실제 동작 조건에 따라 전류가 변합니다. 서보 모터와 유사하게, 이 스테퍼 모터가 특정 순간에 소모하는 전류는 필요한 실제 토크에 비례합니다. 모터와 통합 전자 제어 보드가 더 낮은 온도로 작동하기 때문에, VIC 스테퍼 모터는 서보 모터에 버금가는 높은 최대 토크를 낼 수 있습니다.
VIC 스테퍼 모터는 고속 회전 시에도 전류 소모량이 적습니다.
폐쇄 루프 기술의 발전으로 스테퍼 모터는 이전에는 서보 모터만 사용할 수 있었던 고성능, 고속 애플리케이션 분야에 진출할 수 있게 되었습니다.
폐쇄 루프 기술이 적용된 스테퍼 모터
폐루프 서보 기술의 장점을 스테퍼 모터에 적용할 수 있다면 어떨까요?
스테퍼 모터의 비용 효율성을 유지하면서 서보 모터와 유사한 성능을 달성할 수 있을까요?
폐루프 제어 기술을 결합함으로써 스테퍼 모터는 서보 모터와 스테퍼 모터의 장점을 저렴한 비용으로 모두 갖춘 종합 제품으로 거듭날 수 있습니다. 폐루프 스테퍼 모터는 성능과 에너지 효율이 크게 향상되어 점점 더 많은 고성능 애플리케이션에서 고가의 서보 모터를 대체할 수 있을 것으로 예상됩니다.
다음은 VIC 통합형 스테퍼 모터에 폐루프 제어 기능이 내장된 예시로, 폐루프 기술이 적용된 스테퍼 모터의 성능, 장점 및 단점을 설명합니다.
성능 요구 사항에 정확히 부합
개방 루프 스테퍼 모터는 외부 교란을 극복하고 스텝 손실을 방지하기 위해 일반적으로 애플리케이션 요구 값보다 최소 40% 높은 토크를 확보해야 합니다. 하지만 폐쇄 루프 스테퍼 모터는 이러한 문제가 없습니다. 과부하로 인해 스톨 현상이 발생하더라도 토크 손실 없이 부하를 계속 유지할 수 있으며, 과부하 상태가 해제된 후에도 계속 작동합니다. 어떤 속도에서도 최대 토크를 보장할 수 있으며, 위치 센서가 스텝 손실을 방지합니다. 따라서 폐쇄 루프 스테퍼 모터는 추가적인 40% 마진 없이 해당 애플리케이션의 토크 요구 사항에 정확히 맞춰 사양을 정할 수 있습니다.
개방 루프 스테퍼 모터는 스텝 손실 위험 때문에 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 구현할 수 있습니다. 또한 훨씬 높은 대역폭에서 작동하여 탁월한 성능을 발휘합니다.
캐비닛 없음
Toda는 구동 제어 보드를 모터와 통합하여 배선량을 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 가격으로 탁월한 정확성과 효율성을 제공합니다. 저렴한 스테퍼 모터는 고가의 서보 모터가 지배하던 분야에 점차 진출하고 있습니다.
게시 시간: 2023년 4월 10일