Servomotor eller stegmotor: välj rätt motor

Servomotor eller stegmotor: välj rätt motor

I industriell automation är valet mellan servomotor och stegmotor ett av de första besluten när en produktionslinje ska dimensioneras. Skillnaden mellan servomotor och stegmotor handlar framför allt om återkoppling, positioneringsprecision och vad systemet kostar att sätta upp och underhålla. Den som behöver centimeter- eller mikrometerprecision under last väljer oftast en servomotor. Den som bara behöver att en komponent stannar i ett bestämt steg kan klara sig med en stegmotor.

Så fungerar en servomotor

En servomotor har mycket exakt lägesåterkoppling. Motorn kan berätta för det överordnade styrsystemet exakt hur många varv motoraxeln roterat. Tillsammans med en servodriver kan servomotorn köras mycket exakt – den kan hålla en viss hastighet oavsett om den kör uppför eller nedför en backe, eller stanna vid en exakt plats med centimeter-, millimeter- eller mikrometerprecision, beroende på tillämpning. Servodriverns uppgift är att räkna ut vilken frekvens och vilken ström motorn ska ha vid varje givet tillfälle. Servodrivern kan styras av till exempel ett programmerbart styrsystem eller vara färdigprogrammerad för vissa uppgifter. När felmarginaler på ett par centimeter är acceptabla investerar man sällan i ett servosystem; då räcker ofta en enklare lösning.

Läs mer om servomotorer på sv.wikipedia.org/wiki/Servomotor.

Så fungerar en stegmotor

En stegmotor kan i det närmaste beskrivas som en digital elektrisk motor. Motorns rörelse sker i ett antal steg per varv, och antalet steg per varv är olika beroende på tillämpning. I ett exempel med 25 kuggar krävs 100 steg för en full rotation, där varje steg är 3,6 grader. När motorlindningen strömsätts strävar rotern efter att inta den position där reluktansen, det vill säga det magnetiska flödet, blir så litet som möjligt. En stegmotor kan inte drivas direkt med likström; styrelektronik som kastar om strömriktningen i lindningarna är nödvändig. Varje gång strömriktningen kastas om tar motorn ett steg. Beroende på hur strömomkastningen utförs uppstår skillnader i ryckighet, vridnoggrannhet och vridmoment. Det är förhållandevis enkelt att få motorn att ta fullsteg eller halvsteg, och med mikrostegning kan motorn ta mycket mindre steg. Stegmotorer används till exempel i skrivare, för positionering av automationsutrustning i industrin, i bilars hastighetsmätare och i satelliter för vridning av solpaneler.

Läs mer om stegmotorer på sv.wikipedia.org/wiki/Stegmotor.

Styrning och återkoppling: slutten slinga mot öppen

Den avgörande skillnaden mellan servomotor och stegmotor är återkopplingen. En servomotor arbetar i en slutten slinga: en givare rapporterar motorns faktiska position tillbaka till styrsystemet hela tiden, och servodrivern korrigerar omedelbart om motorn avvikit från målet. En stegmotor arbetar i princip i en öppen slinga: styrsystemet skickar stegpulser och förutsätter att motorn följer med, utan att positionen återkopplas. Det gör stegmotorn enklare och billigare, men också mindre lämpad när lasten varierar oväntat – då kan motorn förlora steg.

När du väljer en servomotor

Välj servomotor när precisionen är avgörande. Exempel är robotceller som måste nå exakt samma punkt om och om igen, transportband som ska hålla en jämn hastighet under varierande last, och verktygsmaskiner där positionen ska hållas inom mikrometertoleranser. Servomotorn passar också när du behöver högt vridmoment genom hela hastighetsregistret och snabb acceleration och bromsning. Nackdelen är högre kostnad för motor, driver och installation, samt ett mer komplext styrsystem.

När du väljer en stegmotor

Välj stegmotor när kraven är lägre och enkelheten väger tyngre. Stegmotorn passar för positionering där felmarginalen på några centimeter är acceptabel, till exempel enkla lyft och sänkningar, matning av material i korta cykler eller styrning av spjäll och ventiler. Den är billigare att köpa och enklare att installera eftersom den inte behöver någon återkopplingsgivare i grundutförandet. Begränsningen är att vridmomentet sjunker med hastigheten och att motorn kan tappa steg om lasten blir oväntat tung.

Kostnad och komplexitet

En servomotor är alltid dyrare än en stegmotor av motsvarande storlek, men priset handlar inte bara om motorn. Servodrivern, återkopplingsgivaren och det mer avancerade styrsystemet lägger till kostnader som inte finns i ett stegmotorsystem. Samtidigt kan en stegmotor som tvingas arbeta utanför sina gränser leda till driftstopp och kvalitetsproblem som kostar mer i längden. Valet bör därför utgå från vad maskinen faktiskt ska göra, inte från inköpspriset ensamt.

Vanliga tillämpningar i industriell automation

Servomotorer finns i robotar, CNC-maskiner, hissar och transportband där hastighet och position måste hållas exakt. Stegmotorer finns i skrivare, etikettmaskiner, enkla positioneringsenheter och andra tillämpningar där rörelsen är upprepad och förutsägbar. I många produktionslinjer finns båda typerna: stegmotorer där precisionen är låg och servomotorer där precisionen är hög. Om du styr produktion med ett PLC-system kan du läsa mer om hur programmeringen fungerar i vår guide PLC-programmering för nybörjare, och om du jämför robotar och cobotar finns artikeln Industrirobot eller cobot. För en helhetsbild av automation, se Automatisera produktion: 7 steg till en lönsam industriautomation.

Vanliga misstag vid valet

Ett vanligt misstag är att välja stegmotor bara för att den är billigare, även när lasten varierar under drift. Stegmotorn tappar steg om den överbelastas, och då blir positionen fel utan att styrsystemet märker det. Ett annat misstag är att köpa en servomotor till en applikation som inte behöver precision — då betalar du för återkoppling och driv duger inte till något. Tredje misstaget är att glömma drivet: en servomotor fungerar inte utan sin servodriver, och drivet måste dimensioneras för motorn och för den ström applikationen kräver. Glöm inte heller att stegmotorns vridmoment sjunker när hastigheten ökar; en motor som räcker vid låga varv kan vara alldeles för svag i snabb drift.

Snabb guide: servomotor eller stegmotor?

Välj servomotor om du behöver exakt position under varierande last, jämn hastighet i hela registret eller snabb acceleration och bromsning. Välj stegmotor om rörelsen är förutsägbar, lasten är liten och konstant, och du vill ha en billig och enkel lösning utan återkopplingsgivare. Om du är osäker, börja med att mäta vilken precision applikationen verkligen kräver — felmarginaler på ett par centimeter gör oftast servosystemet onödigt.