Unter den verschiedenen Servomotortypen stechen asynchrone (Induktions-) und synchrone Servomotoren als bevorzugte Wahl für verschiedene Anwendungen hervor. Obwohl beide dem gleichen Zweck dienen – nämlich eine präzise Steuerung von Winkelposition, Geschwindigkeit und Beschleunigung zu ermöglichen – haben sie unterschiedliche Betriebseigenschaften, Vorteile und Anwendungen. Dieser Artikel untersucht die Unterschiede zwischen asynchronen und synchronen Servomotoren und vergleicht ihr Design, ihre Funktionsprinzipien, Vorteile und idealen Anwendungsfälle.

Was ist ein Servomotor?

Servo Motoren

Ein Servomotor ist ein Drehantrieb, der eine präzise Steuerung von Winkelposition, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermöglicht. Er umfasst normalerweise:

  • Einen Motormechanismus (asynchron oder synchron).
  • Ein Rückkopplungssystem (Encoder oder Resolver).
  • Eine Steuereinheit (Servoantrieb).

Servomotoren können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: AC-Servomotoren (Wechselstrom) und DC-Servomotoren (Gleichstrom), wobei AC-Servomotoren in industriellen Anwendungen die beliebtere Wahl sind. Unter den AC-Servomotoren gibt es zwei Hauptuntertypen: asynchron (Induktion) und synchron.

Asynchrone Servomotoren

Der beliebteste Motortyp in industriellen Umgebungen ist der asynchrone Servomotor, der manchmal auch als Induktionsmotor bezeichnet wird. Der Rotor eines Asynchronmotors entspricht aufgrund der elektromagnetischen Induktionstheorie, die seinem Betrieb zugrunde liegt, nie genau der Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds des Stators. Die als „Schlupf“ bezeichnete Geschwindigkeitsdifferenz schwankt je nach der angelegten Last des Motors.


Vorteil


Nachteil

  • Einfaches und robustes Design

  • Kostengünstig

  • Weit verbreitet und einfach zu warten

  • Harte Umgebungsbedingungen vertragen

  • Gute Wärmeableitungseigenschaften

  • Geringere Effizienz aufgrund von Schlupf

  • Weniger präzise Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten

  • Langsamere dynamische Reaktion

Funktionsprinzip asynchroner Servomotoren

Ein asynchroner Servomotor, der oft als Induktionsservomotor bezeichnet wird, arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Im Gegensatz zu Synchronmotoren haben Asynchronmotoren einen Rotor, der hinter dem Magnetfeld des Stators rutscht oder leicht zurückbleibt.

Hauptmerkmale asynchroner Servomotoren

  • Drehmoment-Drehzahl-Kurve: Asynchronmotoren erzeugen eine Drehmoment-Drehzahl-Kurve, die je nach Last variiert. Bei zunehmender Belastung tritt ein größerer Schlupf auf und die Motordrehzahl sinkt.
  • Effizienz: Asynchronmotoren sind im Allgemeinen weniger effizient als Synchronmotoren, da der Schlupf Energieverlust in Form von Wärme verursacht.
    Kosteneffizienz: Im Vergleich zu Synchronmotoren sind Asynchronmotoren im Allgemeinen weniger teuer. Da sie keine Bürsten oder Permanentmagnete benötigen, ist ihr
  • Design einfacher und sie erfordern weniger Wartung.
  • Anlaufleistung: Diese Motoren haben in der Regel ein hohes Anlaufdrehmoment, was bei Anwendungen von Vorteil ist, die Starts unter hoher Last erfordern.
  • Robustheit: Asynchronmotoren sind für ihre Langlebigkeit bekannt und können mit rauen Betriebsbedingungen umgehen.

Anwendungen von Asynchron-Servomotoren

Asynchronous motors are ideal for applications where exact synchronization is not critical but where robustness and cost-effectiveness are valued. Some typical applications include:

  • Pumps and fans
  • HVAC systems
  • Fördersysteme
  • Basic automation machinery

Synchronous Servo Motors

Asynchronmotoren sind ideal für Anwendungen, bei denen eine genaue Synchronisierung nicht entscheidend ist, bei denen jedoch Robustheit und Kosteneffizienz geschätzt werden. Einige typische Anwendungen sind:


Vorteil


Nachteil

  • Hohe Effizienz mit minimalen Energieverlusten.

  • Präzise Steuerung von Geschwindigkeit und Position.

  • Hohe Drehmomentdichte

  • Höhere Anschaffungskosten

  • Erfordert komplexe Steuerungssysteme.

  • Empfindlich gegenüber Überhitzung

Funktionsprinzip von Synchron-Servomotoren

Die Frequenz der Wechselstromversorgung bestimmt die für Synchronmotoren erforderliche konstante Rotationsgeschwindigkeit. Beim Einspeisen von Wechselspannung wird vom Stator ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Bei Synchronmotoren enthält der Rotor entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete und ist so konstruiert, dass er sich an das rotierende Feld anschließt, sodass Rotor und Feld mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren.

Hauptmerkmale von Synchron-Servomotoren

  • Präzise Drehzahlregelung: Synchronmotoren bieten eine präzise Drehzahlregelung, da die Drehzahl des Rotors und das Magnetfeld des Stators übereinstimmen. Dies kann besonders hilfreich für Anwendungen sein, bei denen die Drehzahl unter verschiedenen Lastbedingungen aufrechterhalten werden muss.
  • Hoher Wirkungsgrad: Synchronmotoren sind im Allgemeinen effizienter als Asynchronmotoren, da sie nicht rutschen und daher weniger Energie in Form von Wärme verloren geht.
  • Konstantes Drehmoment: Synchronmotoren bieten ein konstantes Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich, was für Anwendungen von Vorteil ist, bei denen eine konstante Leistung erforderlich ist.
  • Leistungsfaktorkorrektur: Die Leistungsfaktoranpassung in industriellen Systemen kann durch den führenden Leistungsfaktor unterstützt werden, mit dem viele Synchronmotoren betrieben werden können.
  • Komplexe Konstruktion: Synchronmotoren haben tendenziell eine komplexere Konstruktion als Asynchronmotoren und können je nach Ausführung zusätzliche Komponenten wie Bürsten oder externe Erregungssysteme erfordern.

Anwendungen von Synchronservomotoren

Aufgrund ihrer Präzision und hohen Effizienz sind Synchronmotoren ideal für Hochleistungsanwendungen, die eine genaue Drehzahl- und Positionsregelung erfordern. Zu den üblichen Anwendungen gehören:

  • CNC-Maschinen
  • Servoantriebssysteme
  • Hochpräzise Fertigungsanlagen
  • Bewegungssteuerungssysteme

Asynchrone vs. synchrone Servomotoren: Ein Vergleich

Eigenschaft Asynchron-Servomotor Synchron-Servomotor
Drehzahlbereich (U/min) 0-10.000 0-20.000
Wirkungsgrad (%) 85-90 95-98
Kostenindex (1-10) 5 8
Konstruktion Einfachere Konstruktion, weniger Bauteile Komplexere Konstruktion, kann zusätzliche Komponenten erfordern (z. B. Erreger)
Drehmoment Variiert mit der Last, weniger konstantes Drehmoment Konstantes Drehmoment über einen Geschwindigkeitsbereich
Steuerung Weniger präzise Steuerung, geeignet für allgemeine Anwendungen Präzisere Steuerung, ideal für hochpräzise Anwendungen

Auswahl zwischen asynchronen und synchronen Servomotoren

Bei der Auswahl zwischen asynchronen und synchronen Servomotoren müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

  • Präzisionsanforderungen: Wenn Ihre Anwendung eine präzise Geschwindigkeits- und Positionssteuerung erfordert, ist ein synchroner Servomotor die bessere Wahl.
  • Synchronmotoren bieten eine exakte Synchronisierung mit der Versorgungsfrequenz und sind daher ideal für hochpräzise Aufgaben.
  • Effizienzüberlegungen: Für Anwendungen, die Dauerbetrieb und höhere Energieeffizienz erfordern, werden Synchronmotoren aufgrund ihrer überlegenen Effizienz und konstanten Drehmomentabgabe bevorzugt.
  • Kosten und Komplexität: Asynchronmotoren sind im Allgemeinen kostengünstiger und einfacher zu warten, sodass sie für Anwendungen geeignet sind, die keine extreme Präzision oder Effizienz erfordern.
  • Anlaufleistung: Wenn Ihr System ein hohes Anlaufdrehmoment erfordert oder in Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird, bieten Asynchronmotoren möglicherweise eine bessere Leistung.

Sowohl asynchrone als auch synchrone Servomotoren haben ihre eigenen Vorteile und eignen sich für unterschiedliche Arten von Industrieanwendungen. Servomotorhersteller wählen in der Regel Asynchronmotoren für Anwendungen, bei denen Kosten, Robustheit und Einfachheit wichtiger sind als absolute Präzision, während Synchronmotoren für hochpräzise, ​​effizienzorientierte Aufgaben die bessere Wahl sind.